Регулятор расхода

 

„.Я0„„1160375 А

СОЮЗ СОВЕТСКИХ

СОЦИАЛИСТИЧЕСКИХ

РЕСПУБЛИК

Ф(я) G 05 D 7/06

ОПИСАНИЕ ИЗОБРЕТЕНИЯ

К А ВТОРСКОМЪГ СВИДЕТЕЛЬСТВУ

ГОСУДАРСТВЕННЫЙ КОМИТЕТ СССР

ПО ДЕЛАМ ИЗОБРЕТЕНИЙ И ОТКРЫТИЙ (21) 3681949/24-24 (22) 29.12.83 ф (46) 07.06.85. Бюл. № 21 (72) А. М. Науменко, Г. А. Черепащук, 3. Т . Лукашева и А. Л. Выставкин (71) Харьковский ордена Ленина авиационный институт им. Н. Е. Жуковского (53) 621.646.3 (088.8) (56) 1. Авторское свидетельство СССР № 723526, кл. G 05 D 7/06, 197 7.

2. Патент США № 3429335, кл. 137-487.5, опублик. 1969 (прототип). (54) (57) РЕГУЛЯТОР РАСХОДА, содержащий корпус, между входной и выходной полостями которого установлены перпендикулярно оси корпуса диска с отверстиями, один из которых закреплен в корпусе, а другой связан через вал с исполнительным ме ханизмом и установлен во входной полости, отличающийся тем, что, с целью повышения быстродействия регулятора, он снабжен электромагнитом разгрузки, ферромагнитный якорь которого установлен на валу, и устройством управления, включающим дифференциальный датчик давления, соединенный импульсными трубками с входной и выходной полостями, задающий и регулирующий блоки и блок управления с синхронизирующим и управляющим входами, причем выход задающего блока соединен с входом регулирующего блока и с синхронизирующим входом блока управления, выход дифференциального датчика давления соединен с управляющим входом блока управления, выход блока управления соединен с электромагнитом разгрузки, выход регулирующего блока — с исполнительным механизмом, вы- Е полненным в виде шагового привода.

1160375

Изобретение относится к устройствам пневмоавтоматики, в частности к автоматическим регуляторам расхода газа в трубопроводах, и предназначено для использования в системах кондиционирования воздуха в летательных аппаратах и в системах промышленной пневмоавтоматики.

Известен регулятор расхода газа, содержащий корпус, между входной и выходной полостями которого установлена поворотная заслонка, связанная через вал с исполнительным механизмом, дифференциальный датчик давления, соединенный импульсными трубками с. входной и выходной полостями корпуса, и устройство управления (1).

Недостатком регулятора расхода газа является низкое быстродействие из-за увеличенной мощности исполнительного механизма, необходимой для преодоления аэродинамической нагрузки, действующей на заслонку.

1О

Наиболее близким по техническои сущности к изобретению является регулятор расхода газа, содержащий корпус, между входной и выходной полостями которого установлены перпендикулярно оси корпуса диски с отверстиями, один из которых закреплен в корпусе, а другой связан через вал с исполнительным механизмом (2).

Недостатком известного регулятора является низкое быстродействие из-за инерционности испол нител ьного меха низма.

Целью изобретения является повышение быстродействия регулятора.

55

Указанная цель достигается тем, что регулятор расхода, содержащий корпус, между входной и выходной полостями которого установлены перпендикулярно оси корпуса диска с отверстиями, один из кбторых закреплен в корпусе, а другой связан через вал с исполнительным механизмом и установлен во входной полости, снабжен электромагнитом разгрузки, ферромагнитный якорь которого установлен на валу, и устройством управления, включающим дифференциальный датчик давления, соединенный импульсными трубками с входной и выходной полостями, задающий и регулирующий блоки и блок управления с синхронизирующим и управляющим входами, причем выход задающего блока соединен со входом регулирующего блока и с синхронизирующим входом блока управления, выход дифференциального датчика давления соединен с управляющим входом блока управления, выход блока управления соединен с электромагнитом разгрузки, выход регулирующего блока — с исполнительным механизмом, выполненным в виде шагового привода.

На фиг. 1 представлена функциональная схема регулятора; на фиг. 2 — структурная схема задающего блока; на фиг. 3 и 4— структурная схема регулирующего блока; на фиг. 5 — временные диаграммы работы блоков регуляторов.

Регулятор расхода содержит корпус 1 с входной 2 и выходной 3 полостями. Между этими полостями в корпусе 1 перпендикулярно его оси закреплен неподвижный диск .4 с секторными отверстиями. Вплотную к нему со стороны входной полости 2 установ. лен подвижный диск 5 с такими же секторными отверстиями. Диск 5 связан через вал

6 с исполнительным механизмом 7. На корпусе 1 установлен электромагнит 8 разгрузки,- ферромагнитный якорь 9 которого установлен на валу 6. Устройство управления регулятором расхода состоит из задающего блока 10, регулирующего блока 11, блока управления 12 электромагнитом разгрузки 8, дифференциального датчика давления 13, сообщенного импульсными трубками с входной полостью 2 и выходной полостью 3. 3адающий блок 10 (фиг. 2) содержит генератор 14 линейно изменяющегося напряжения (ГЛИН), первую 15 и вторую 16 схемы сравнения, схему ИЛИ 17 и усилитель-формирователь 18.

Регулирующий флок 11 (фиг. 3) содержит ждущий мультивибратор 19 с регулируемой длительностью импульса Яз, дифференцирующую цепь с ограничителем 20, ждущий мультивибратор 21 с постоянной длительностью импульса.

Блок 12 управления (фиг. 4) состоит из усилителя-формирователя 22, аналогового ключа 23, усилителя 24 управляющего сигнала и усилителя 25 мощности выходного сигнала ."4, подаваемого на электромагнит 8.

Регулятор работает следующим образом.

Принцип его работы основан на импульсном (скачкообразном) повороте подвижного диска 5 на фиксированный угол относительно неподвижного диска 4. Оба диска имеют секторы, через которые рабочее тело (газ, жидкость) проходит из входной полости 2 в выходную полость 3. Размеры секторов выбраны так, что при повороте подвижного диска 5 на фиксированный угол проходное сечение полностью открывается, а при следующем повороте в том же направлении пол-. ностью закрывается. Из конструктивных соображений удобно выбрать четырехлепестковые отверстия в дисках 4 и 5,для которых фиксированный угол поворота составляет

45 . При такой конструкции площадь проходного сечения составляет не менее половины площади сечения корпуса 1 в месте закрепления диска 4.

Массовый расход регулируется за счет изменения длительности интервала открытия 1. (фиг. 5б) проходного сечения по отношению к длительности интервала закрытия

1160375

Тз при постоянной длительности цикла Т, регулирования

Тц —— Т<> + T> = const.

Длительность цикла Тц формируется в задающем блоке в зависимости от длительности периода сигнала ГЛИН вЂ” Up выбор которого определяется быстродействием исполнительного механизма 7. Изменяя

Т, в пределах: О< То (Тц, получаем регулирование среднего значения массового расхода от нуля (сечение проходное закрыто) до максимального значения, обусловленного полностью открытым проходным сечением.

Управляющий сигнал Uvap (фиг. 5а, б) преобразуется в интервал То в задающем блоке (фиг. 2) в результате сравнения Uyny с сигналом 1Ааим . При совпадении сигнала )гяин с нулевым уровнем (сигнал «0») первая схема 15 сравнения формирует импульсы совмещения отверстий в дисках 4 и 5, а при совпадении сигнала 11улин и сигнала

U1pp вторая схема 16 сравнения формирует импульсы закрытия отверстий в дисках 4 и 5. Оба импульса последовательно через схему ИЛИ 17 поступают на вход усилителяформирователя 18. Таким образом, в схеме задающего блока формируются импульсные сигналы U>pss, временной интервал между которыми точно соответствует управляющему сигналу U y.

Импульсные сигналы Us a поступают на вход блока 12 управления и на вход регулирующего блока .11. Блок 12 управления служит для формирования импульса тока Иэк (фиг. 5 в), подаваемого на электромагнит 8 разгрузки с целью компенсации силы давления на подвижный диск 5 в момент его поворота. Сила давления на подвижный диск

5 пропорциональна разности давлений ЬР во входной 2 и выходной 3 полостях. Эта разность AP измеряется дифференциальным датчиком давления 13 и соответствующий сигнал постоянного тока поступает на вход усилителя 24 управляющего сигнала (фиг. 4)

После усиления сигнал управления электромагнитом 8 поступает на вход аналогового ключа 23, а на второй синхронизирующий вход ключа 23 поступает сигнал 13нмл после формирования в усилителе 22. В усилите- ле 22 сигнал преобразуется в трапециевидный для исключения импульсных «выбросов» в сигнале1 . При одновременном появлении сигналов на обоих входах (синхронизирующем и управляющем) ключа 23 на его выходе появляется сигнал управления электромагнитом 8. Усиленный по мощности в усилителе 25 управляющий сигнал 5,и поступает на электромагнит 8 разгрузки. Амплитуда этого сигнала пропорцюнальна h P (фиг. 5), а его длительность подбирается

50 экспериментально по тяговым характеристикам электромагнита 8 и в зависимости от массы подвижного диска 5, вала 6 и ферромагнитного якоря 9. В результате протекания импульса тока 1 » по обмотке электромагнита 8 возникает сила, разгружающая подвижный диск 5 от действия сил давления hP; Тем самым обеспечиваются условия быстрого перемещения подвижного диска 5 из одного положения в другое, так как на время поворота почти полностью исключается момент трения между подвижным и неподвижным дисками. Для уменьшения момента трения между дисками конструктивным путем их трущиеся поверхности покрывают материалом с малым коэффициентом трения, а площади соприкасающихся поверхностей выполняются минимальными путем их профилирования.

Сигнал U, поступивший на вход регулирующего блока 11, задерживается на время э (фиг. 5г, д) с помощью последовательно соединенных схем ждущего мультивибратора 19 с регулируемой длительностью импульса, дифференцирующей цепи с ограничителем 20 и ждущего мультивибратора 21 с постоянной длительностью импульса. Время задержки э подбирается таким образом, чтобы момент достижения разгрузки подвижного диска 5 и момент начала его движения совпали. Это совпадение соответствует максимальному быстродействию регулятора.

Исполнительный механизм 7 работает в релейном режиме, что, как известно, обеспечивает максимальное возможное быстродействие регулятора. В качестве исполнительного механизма 7 использован.шаговый двигатель (или другой импульсный привод), поворачивающий подвижный диск 5 на фиксированный угол без изменения направления вращения. В результате уменьшения момента трения .между дисками, обеспечиваемого электромагнитом 8 разгрузки и блоком 12 управления, мощность исполнительного механизма выбирается из условия преодоления момента инерции подвижной части регулятора, что также повышает быстродействие регулятора в результате уменьшения постоянной времени самого исполнительного механизма.

Быстродействие регулятора повышается в результате уменьшения сил трения между дисками и формирования оптимального по быстродействию импульсного режима работы без реверсирования направления вращения движущейся части регулятора. Эти преимущества регулятора позволяют использовать его в точных системах регулирования расхода газа с высоким быстродействием.

Уиа У

Составитель В. Розовский

Редактор Ан.Шандор Техред И. Верес Корректор И. Эрдейи

Заказ 3774/45 Тираж 863 Подписное

ВНИИПИ Государственного комитета СССР по делам изобретений и открытий ! l 3035, Москва, Ж вЂ” 35, Раушская наб., д. 4/5

Филиал ППП «Патент», г. Ужгород, ул. Проектная, 4