Регулятор потока

 

Изобретение относится к области автоматизации и телемеханизации исполнительных органов. Технический результат заключается в снижении энергозатрат за счет исключения внешних источников силовой энергии для привода, в повышении надежности, герметичности, быстродействия и удобств эксплуатации; регулятор потока содержит помещенный между двумя седлами затвор в виде двух подпружиненных клапанов, установленных в обойму, и жестко прикрепленный к безманжетному поршневому приводу. Принципиальная пневмогидравлическая схема регулятора с двумя обратными клапанами и двумя узлами - ручного и дистанционного управления посредством рычажка и электромагнитных катушек позволяет работать на знакопеременном потоке, что немаловажно, например на закольцованных водо-нефтегазопроводах, регулятор потока работает от пренебрежимо малой доли энергии собственного потока и не связан с внешними источниками силовой энергии, обеспечивая высокое быстродействие и герметичность. 1 з.п.ф-лы, 1 ил.

Изобретение относится к области автоматизации и телемеханизации исполнительных органов.

Регуляторы потока, рассматриваемые в качестве аналогов заявленного устройства, содержат запорный орган, жестко прикрепленный к приводу, работающему от внешних источников силовой энергии.

Включение в конструкцию этих регуляторов электроприводов с червячными передачами либо поршневых приводов с изнашивающимися манжетами, также связанными с внешним источником силовой энергии, приводит к громоздкости, неэкономичности, снижению безопасности и быстродействия при аварийных режимах работы [1].

Известен регулятор потока, выбранный в качестве прототипа заявленного устройства, содержащий запорный орган в виде двух седел и помещенного между ними затвора, жестко прикрепленного к поршневому приводу [2].

Недостатками этих регуляторов являются недолговечность, обусловленная износом примененных в них поршневых манжетов, необходимость подачи к ним силовой энергии в виде давления воздуха либо жидкости от внешнего источника энергии, разрушение в условиях эксплуатации запорного органа и его негерметичность, достаточно быстрая разгерметизация уплотнительных прокладок шпинделя и др.

Целью настоящего изобретения является снижение энергозатрат за счет исключения внешних источников силовой энергии для привода, повышение надежности, герметичности, быстродействия и удобств эксплуатации.

Указанная цель в регуляторе потока, содержащем запорный орган в виде двух седел и помещенного между ними затвора, жестко прикрепленного к поршневому приводу, достигнута выполнением затвора в виде двух подпружиненных клапанов, помещенных в обойму на ходовой посадке с образованием внутри обоймы межклапанной полости, сообщающей вход регулятора через пневмогидродроссель с полостью над поршнем, полость под которым через второй пневмогидродроссель сообщается с входом регулятора, вход и выход которого через два обратных клапана сообщаются с полостями двух первых сопел, над которыми установлены подпружиненные заслонки с образованием с корпусом пневмогидродросселей, полости под заслонками сообщены с надпоршневым и подпоршневым полостями, а полости над заслонками через два вторые сопла с подпружиненными заслонками сообщены с полостями под первыми заслонками, заслонки вторых сопел через загерметизированные штоки жестко прикреплены к сердечникам электромагнитов, а заслонки первых сопел через вторые загерметизированные штоки упираются на рычажок ручного управления.

Сопоставительный анализ изобретения с прототипом показывает, что заявленное устройство соответствует критерию "новизна". Сравнение заявленного устройства не только с прототипом, но и с другими аналогами не позволило выявить в них отличительные признаки заявленного устройства, что позволило сделать вывод о соответствии критерию "существенные отличия".

Конструктивная схема заявленного устройства приведена на чертеже.

Регулятор потока содержит корпус 1 с седлами 2 и 3, на которые упираются разжатые пружиной 4 и установленные на ходовой посадке внутри обоймы 5 клапаны 6 и 7, между которыми образована межклапанная полость 8, сообщающаяся каналом 9 с полостью 10 между седлами. Межклапанная полость, в свою очередь, прикрепленной на резьбе к обойме трубкой 11 через пневмогидродроссель 12 сообщается с полостью 13 над поршнем 14 привода, а подпоршневая полость 15 через второй пневмогидродроссель 16, образованный между трубкой и корпусом, регулятора также сообщается с межседловой полостью.

Полости седел корпуса каналами 17 и 18 через обратные клапаны 19 и 20 с соплами 21 и 22 и пружинами 23 и 24, канал 25 сообщаются с полостями первых сопел 26 и 27, над которыми установлены заслонки 28 и 29 с пружинами 30 и 31, которые одновременно упираются на заслонки 32 и 33 вторых сопел 34 и 35. Клапаны 28 и 29 образуют с стенками корпуса пневмогидродроссели в виде гарантированных зазоров. Полости сопел 34 и 35 каналами 36 и 37 сообщаются через полости под заслонками 28 и 29 и каналы 38 и 39 с полостями поршня 14. Заслонки 32 и 33 через штоки 40 и 41 с сальниками 42 и 43 жестко прикреплены к сердечникам соленоидных катушек 44 и 45 с кнопками 46 и 47 (ручного) управления. Заслонки 28 и 29 через штоки 48 и 49 с сальниками 50 и 51 находятся под воздействием рычажка 52 ручного управления.

Жестко прикрепленный к поршню шток 53 уплотнен сальником 54 и на выпущенном внаружу из корпуса конца содержит указатель 55 положения затвора, а кожух 56 предохраняет шток с указателем от случайного повреждения. В нижней части корпуса регулятора потока предусмотрена крышка 57 для прочистки межседловой полости от грязи в условиях эксплуатации. Стрелки А и В указывают направления переменного потока через регулятор.

Регулятор потока работает следующим образом.

С подачей потока по стрелке "А" клапан 7, отжимаясь, отходит от седла 3, поток заполняет полость 10, откуда через канал 9, полость 8, трубку 11 и пневмогидродроссель 12 заполняется и полость 13. Заполняется и полость 15 через пневмогидродроссель 16. В полостях поршня 14 устанавливается одинаковое входное давление. Клапан 6, помимо пружины 14, давлением потока сильнее прижимается к седлу 2, что исключает подачу потока на выход регулятора. Поток по стрелке "А" закрывает обратный клапан 20, также исключая подачу потока на выход регулятора через канал 25 и обратный клапан 19. Пружины 30 и 31 прижимают заслонки 28 и 29 к соплам 26 и 27, а также заслонки 32 и 33 к соплам 34 и 35, также исключая поступление потока на выход регулятора через канал 25 и обратный клапан 19. Одновременно через пневмогидродроссели, образованные между заслонками 28 и 29 и корпусом, устанавливается входное давление над заслонками 28 и 29, сильнее прижимая их к своим соплам 26 и 27.

В регуляторе потока предусмотрены ручное и дистанционное управление.

Ручное управление осуществляется воздействием рычажка 52 на штоки 48 и 49. При воздействии на шток 49 заслонка 29 отходит от сопла 27, давление с надпоршневой полости 13 через канал 39, канал 25 и обратный клапан 19 сбрасывается в полость седла 2, которая для случая стрелки "А" является выходной. Образовавшийся перепад давления поднимает вверх поршень 14, который тащит за собой обойму 5 с клапанами 6 и 7, седла 2 и 3 открываются и поток устремляется на выход по стрелке "А".

Достаточно освободить рычажок 52, как сопло 27 закроется заслонкой 29, давления в полостях поршня 14 выравнятся и поршень немедленно остановится, зафиксировав в достигнутом положении затвор, фиксация которого обеспечивается прижатием затвора проходящим потоком к седлу 2.

Расчетом и экспериментально установлено, что время открытия и закрытия седел регулятора, как правило, не превышает 2-3 секунд. Прекращение подачи потока на выход происходит в обратном порядке при воздействии рычажком 52 на шток 48, когда сбрасывается давление из подпоршневой полости 15 и поршень устремляется вниз, закрывая клапанами 6 и 7 седла 2 и 3.

Аналогичное происходит и при дистанционном управлении регулятором потока через соленоидные катушки 43 и 44. Однако для уменьшения мощности и габаритов соленоидных катушек сечения сопел 34 и 35 резко уменьшены в сравнении с сечениями сопел 26 и 27. Открытие сопел 34 и 35 электромагнитными катушками приводит к падению давления над заслонками 28 и 29 благодаря пневмогидродросселям, образованным между этими заслонками и корпусом. Образовавшийся перепад давления отводит эти заслонки от сопел 26 и 27, что приводит к управлению регулятором подачи потока, как уже описано выше.

Можно также управлять работой регулятора вручную воздействием не на рычаг 52, а просто на кнопки 46 и 47.

При подаче потока по стрелке "Б" регулятор работает так же, как и при подаче потока по стрелке "А", так как регулятор имеет зеркально симметричную принципиальную и конструктивную схему.

За достигнутым положением затвора легко наблюдать по указателю 55. В нижней части обоймы 5 предусмотрен острый клин для работы регулятора в условиях накопившейся грязи в межседловой полости.

Таким образом, достигается работа регулятора потока на знакопеременном потоке с высоким быстродействием, что немаловажно при аварийных ситуациях. Подбором параметров пневмогидравлических дросселей легко достичь заданного быстродействия, исключающего гидравлические удары при работе на жидких средах.

Работа поршня 14 без манжет с заданным микрозазором в корпусе обуславливает долговечность заявленного устройства. Мягкие уплотнения на седлах и соплах обеспечивают высокую герметичность регулятора, что немаловажно, например, при работе с горючими и взрывоопасными потоками.

Возможность в предложенном устройстве значительно уменьшить усилие воздействия на штоки заслонок 32 и 33 путем уменьшения сечений сопел 34 и 35 и образования пневмогидросопротивлений заслонками 28 и 29 (пневмогидравлическая RC-цепочка) приводит к резкому уменьшению мощности и габаритов электромагнитных катушек, что немаловажно при дистанционном управлении регулятором потока.

Регулятор не требует внешнего источника силовой энергии, а работает непосредственно от пренебрежительно малой доли энергии проходящего через него потока. Это приводит не только к энергосбережению, но и обеспечивает чистоту окружающей среды, так как расходуется не рабочее тело потока, а всего лишь микродоля его энергии.

Быстродействие регулятора потока определяется секундами, что на порядок выше в сравнении с известными устройствами аналогичного назначения.

Проверкой работы и герметичности основных элементов и узлов в специализированных испытательных Центрах подтверждены преимущества предложенного регулятора перед известными устройствами. В силу изложенного, предложенный регулятор потока найдет широкое применение в различных отраслях промышленности, коммунального и сельского хозяйства.

Источники информации: 1. Трубопроводная арматура с автоматическим управлением. Справочник под ред. С.И. Косых, Ленинград, изд-во "Машиностроение", 1982, стр. 61 - 71.

2. Там же, стр. 70 - 71.

Формула изобретения

1. Регулятор потока, содержащий запорный орган в виде двух седел и помещенного между ними затвора, жестко прикрепленного к поршневому приводу, отличающийся тем, что его затвор выполнен в виде двух подпружиненных клапанов, помещенных в обойму на ходовой посадке с образованием внутри обоймы межклапанной полости, сообщающей вход регулятора через пневмогидродроссель с полостью над поршнем, полость под которым через второй пневмогидродроссель сообщается также с входом регулятора, вход и выход которого через соответствующие обратные клапаны сообщаются с полостями двух первых сопел, над которыми установлены подпружиненные заслонки, жестко прикрепленные к загерметизированным штокам, упирающимся на рычажок управления, а засопловые полости под соответствующими подпружиненными заслонками сообщены соответственно с надпоршневой и подпоршневой полостями.

2. Регулятор потока по п.1, отличающийся тем, что в нем заслонки первых сопел выполнены с образованием пневмогидродросселей в виде зазора между боковой поверхностью заслонок и корпуса регулятора, в полостях над заслонками установлены вторые сопла, засопловые полости которых сообщены с полостями под заслонками соответствующих первых сопел, а заслонки вторых сопел подпружинены и через загерметизированные штоки жестко прикреплены к сердечникам соответствующих соленоидных катушек с кнопками управления.

РИСУНКИ

Рисунок 1