Струйное устройство

Изобретение относится к устройствам автоматики и может быть использовано в системах управления и контроля, а также для измерения расхода и количества газа или жидкости. Струйное устройство содержит набор струйных элементов в пакете с функциональными каналами, в том числе каналами питания, слива, управления и приемными, при этом струйные элементы расположены внутри неразборного, как единое целое, одного корпуса с набором коммуникационных и функциональных каналов. Устройство выполнено на примере струйного генератора с помощью стереолитографии. Технический результат - уменьшение количества используемого рабочего материала для изготовления устройства. 2 з.п. ф-лы, 1 ил.

 

Изобретение относится к устройствам автоматики и может быть использовано в системах управления и контроля, а также для измерения расхода и количества газа или жидкости в производственных процессах, а также в узлах учета энергоресурсов для коммерческого расчета в ЖКХ.

Известна система модулей струйной техники СМСТ (1. Опыт внедрения пневмоники. Наука. М., 1965. С.6-22). Недостатком известной системы является сборка модулей в слоеный пакет с множеством точек крепления пакета для межслойной герметизации и уплотнительного материала.

Известны струйные элементы, изготовленные с помощью стальных закаленных пуансонов и сборных высококачественных пресс-форм (2. Новое в пневмонике. Наука. М., 1969. С.182-198). Недостаток этого известного способа заключен в многоступенчатом технологическом цикле изготовления.

При реализации технологических систем управления используется большое количество струйных элементов, выполняющих различные функции, конструктивно объединенных в пакет или стопку с зажимными устройствами (винты, склеивание и др.). Отдельно изготовленные пластины с конфигурацией струйных элементов требуют различной доводки: обеспечение плоскостности и шлифовки, отсутствия усадки, внешних размерных габаритов и др.

Известны функциональные устройства, которые изготовлены способом гальванопластики в виде интегральной схемы струйных элементов, расположенных в плоскости (3. Пневматические средства и системы управления. Наука. М., 1970. С.372-377). Недостатками известных устройств из подобных струйных элементов является расположение геометрии в пространстве толщины листа, использование ее полностью в пределах плоскостей герметизации, т.е. контактной поверхности, для исключения перетечек между каналами питания, слива, управляющими и приемными, а также для отсутствия дренажа в атмосферу.

Далее, достаточно большая толщина листа с отношением в струйном элементе глубины канала к его ширине 3-4 (2,3), при изготовлении приводит к деформации плоскости герметизации, трудности изготовления при штамповке (заменяется тремя-четырьмя профилями меньшей толщины, но уже прорезными), перерасходу электрической энергии при искровой обработке кромок геометрии струйного элемента, при литье в форму также к возможности перерасхода материала, необходимости большого прессового давления для предотвращения образования пустот и деформации профиля геометрии струйного элемента.

При прорезной конструкции сливные каналы для связи с атмосферой практически разрезают листовой материал, что ухудшает плоскостность конструкции, появляется возможность деформации геометрии в процессе обработки, искривление поверхности струйного элемента и протечки по поверхности герметизации.

Для исправления недостатков известных способов изготовления струйных элементов необходимо применять доводку поверхностей рабочих плат алмазными кругами с использованием смазочно-охлаждающих жидкостей.

Наиболее близким к предложенному изобретению и принятому за прототип является функциональное устройство в виде пластинок, содержащих струйные элементы и укладываемых послойно в пакет (3. Wissensspeicher Fluidtechnik.VEB Fachbuchverlag Leipzig. 1988. С.127).

Указанная конструкция содержит в плоской пластине проточную полость с различными фунциональными каналами, в том числе каналами питания, слива, управляющими и приемными, которые вырезаны, выдавлены, отлиты или изготовлены другим способом. При изготовлении геометрии струйного элемента остаются излишки материала. Площади герметизации завышены, соотношение глубины проточной полости элемента и ширины малы и не соответствуют современным представлениям об оптимальном соотношении для функционирования струйного элемента. Не используется возможность послойного построения физической детали (выращивание) в соответствии с ее трехмерной моделью (3D) с сокращением времени ее изготовления.

Техническим результатом предложенного устройства является неразборность конструкции, отсутствие возможности просмотра и копирования внутренности устройства и обнаружения ноу-хау, отсутствие крепление струйных элементов между собой, отсутствие прокладок между элементами, надежность в герметичности между слоями (струйными элементами) и каналами передачи информации, отсутствие дополнительных приемов доводки струйных элементов таких, как шлифовка, проверка на функционирование отдельных струйных элементов и выбраковка, уменьшение количества времени на изготовление каналов.

Технический результат достигается тем, что предложено струйное устройство, содержащее набор струйных элементов в пакете с функциональными каналами, в том числе каналами питания, слива, управления и приемными, по изобретению струйные элементы расположены внутри неразборного, как единое целое, одного корпуса с набором коммуникационных и функциональных каналов.

Предложенное струйное устройство выполнено, например, в виде струйного генератора, обеспечивающего функцию изменения частоты генератора от расхода.

В предложенном струйном функциональном устройстве использован материал, пригодный для стереолитографии, - фотополимер жидкий.

Примером выполнения предложенного функционального устройства может служить на фиг.1а, б, в, г представленное в двух проекциях устройство - струйный генератор, выполненный выращиванием по способу стереолитографии (протипирования). На фиг.1а представлен разрез устройства в плоскости YZ, на фиг.1б представлен разрез корпуса 1 устройства в плоскости АА (параллельно плоскости XY), где показана геометрия первого струйного элемента 2, на фиг.1в представлен разрез корпуса 1 устройства в плоскости ББ, где показана геометрия второго струйного элемента 3, на фиг.1 г представлен разрез корпуса 1 устройства в плоскости ВВ, где показана геометрия третьего струйного элемента 4.

На фиг.1 также представлена схема струйного генератора (совмещена с сечениями корпуса 1), состоящего из трех струйных элементов, соединенных последовательно друг с другом в одну информационную цепь. Эта схема реализована монолитной конструкцией, показанной на фиг.1а в виде корпуса 1.

На фиг.1а, б, в, г представлен корпус 1 струйного генератора с проточными частями трех струйных элементов и межслойными каналами связи между элементами, каналы 5 управления первого струйного элемента 2, каналы 6 слива или дренажа первого струйного элемента 2, приемные каналы 7 с выходами первого струйного элемента 2, канал 8 питания первого струйного элемента 2, каналы 9 управления второго струйного элемента 3, каналы 10 слива или дренажа второго струйного элемента 3, приемные каналы 11 с выходами второго струйного элемента 3, канал 12 питания второго струйного элемента 3, каналы 13 управления третьего струйного элемента 4, каналы 14 слива или дренажа третьего струйного элемента 4, приемные каналы 15 с выходами третьего струйного элемента 4, канал 16 питания третьего струйного элемента 4.

Необходимо отметить симметрию геометрии струйных элементов. Элементы, обозначенные на фиг.1 и не обозначенные, но расположенные симметрично, имеют одинаковое функциональное назначение. Функциональные связи между приемными каналами с выходами 7, 11, 15 и каналами управления (входами) 9,13,5 выполнены через дополнительные каналы 17, 18, 19 между слоями (плоскостями) струйных элементов соответственно для струйных элементов 2, 3, 4.

В проточную часть струйного генератора входят проточные части трех струйных элементов генератора. В проточную часть первого струйного элемента 2 входят канал питания 8, каналы управления 5, каналы слива 6, приемные каналы 7 с выходами, которые связаны межслойными каналами 17 (в сечении АА отверстие 20) с управляющими каналами 9 второго струйного элемента.

В проточную часть второго струйного элемента 3 входят канал питания 12, каналы управления 9, каналы слива 10, приемные каналы 11 с выходами, которые связаны межслойными каналами 18 (в сечении ББ отверстие 21) с управляющими каналами 13 третьего струйного элемента.

В проточную часть третьего струйного элемента 4 входят канал питания 16, каналы управления 13, каналы слива 14, приемные каналы 15 с выходами, которые связаны межслойными каналами 19 (в сечении ВВ отверстие 22) с управляющими каналами 5 первого струйного элемента.

Выращивание корпуса 1 проточной части струйного генератора происходит методом стереолитографии (прототипирования), при котором послойно выращивается геометрия струйных элементов с межслойными каналами связи. В зависимости от технических характеристик технологического центра (точность выращивания геометрии слоев измеряется сотыми долями мм) отсутствует выбраковка струйных элементов. Единый корпус обеспечивает гермертичность слоев, в которых расположены струйные элементы, не требуются прокладки для герметизации между ними, обеспечивается неподвижность слоев относительно друг друга, а также передача информации между струйными элементами практически без искажений. В едином блоке - корпусе 1 отсутствует крепеж струйных элементов и возможность их деформации и коробления.

Струйный генератор работает следующим образом. При подаче питания, например рабочей среды воздуха, в каналы питания 8,12 и 16 одновременно всех элементов 2, 3, 4, воздух проходит через все сливные каналы 6, 10, 14 струйных элементов на слив.

При наличии начального расхода питания формируются струи из сопел каналов питания 8, 12 и 16 элементов 2, 3, 4,. Струя питания, например, из сопла канала 8 попадает в приемный канал 7 с выходом струйного элемента 2, если существует сигнал в одном из каналов 5 управления и далее, следуя по пути обозначенной жирной линией и через элементы 3 и 4 из выхода 15 попадает в канал управления 5.струйного элемента 2, в котором происходит отклонение струи питания в противоположный выходной канал 7 (с отверстием 20). Далее процесс повторяется. Колебания сигналов давления в каналах 15 (через отверстия 22) фиксируются или преобразуются, например в электрические сигналы преобразователем (не показан), который может быть выполнен, например, в виде пьезоэлемента.

Струйный генератор 1 выполнен по схеме трех элементов с передачей импульсов по кругу (замкнутой информационной цепи), т.е. выходной третий последний (на фиг.1) элемент 4 подключен к входам 5 первого элемента 2, замыкая всю цепь передачи импульсов.

Такая схема позволяет значительно снизить начальный уровень измеряемого расхода по сравнению, например со схемой на одном струйном элементе и повысить точность измерения расхода.

Фиксируемая частота сигналов давления через электропреобразователь соответствует объемному расходу газа (жидкости), а сумма импульсов - объемному количеству.

Импульсный единичный объем, т.е. объем измеряемого газа, приходящийся на один импульс, определяется формулой q=Q/f, Q - расход через струйный генератор 1, f -текущая частота импульсов.

С увеличением расхода Q увеличивается частота f импульсов давления, а при уменьшении расхода Q - процесс будет обратный.

Предложенное струйное функциональное устройство следующие преимущества: неразборность конструкции, отсутствие возможности просмотра, обнаружение и копирование внутренности устройства и ноу-хау затруднено, отсутствие крепление струйных элементов между собой, отсутствие прокладок между элементами, надежность в герметичности между слоями (струйными элементами) и каналами передачи информации, отсутствие дополнительных приемов доводки струйных элементов таких, как шлифовка, проверка на функционирование отдельных струйных элементов и выбраковка, понижение себестоимости устройства с уменьшением времени на изготовление устройства.

1. Струйное устройство, содержащее набор струйных элементов в пакете с функциональными каналами, в том числе каналами питания, слива, управления и приемными, отличающееся тем, что струйные элементы выполнены внутри неразборного, как единое целое, корпуса с набором коммуникационных и функциональных каналов, расположенных внутри одного корпуса.

2. Устройство по п.1, отличающееся тем, что выполнено, например, в виде струйного генератора.

3. Устройство по п.1, отличающееся тем, что использован материал, пригодный для стереолитографии, - фотополимер жидкий.