Пневматическая система расширения больших пузырьковых камер

 

ОПИСАНИЕ

ИЗОБРЕТЕНИЯ

К ABTOPCHOhAV СВИДЕТЕЛЬСтВ 816284

Союз Советских

Социалистических

Республик нф т1г (61) Дополнительное к авт. свид-ву— (22) Заявлено 18.12.79 (21) 2854308/18-25 с присоединением заявки М— (23) Приоритет—

Государственный комитет (51) М. Кл 3

6 01 Т 5/06 (53) УДК 621.387.464 (088.8) Опубликовано 15.02.82. Бюллетень Ке 6

Дата опубликования описания 15.02.82 по делам изобретений и открытий (72) Автор

В. И. Хлеборад изобрстения (71) Заявитель (54) ПНЕВМАТИЧЕСКАЯ СИСТЕМА РАСШИРЕНИЯ

БОЛЬШИХ ПУЗЫРЬКОВЫХ КАМЕР

Изобретение относится к электрофизической аппаратуре, в частности к устройству пневматических систем изменения давления (СИД), например больших пузырьковых камер.

Известные пневматические СИД содержат многоступенчатые клапаны, разделенные на две группы, одна из которых служит для подачи сжатого газа в подмембранный объем пузырьковой камеры, а другая — для сброса газа из этого объема. Управляющими ступенями клапанов служат трехходовые электропневмоклапаны (ЭПК), срабатывающие по командам, вырабатываемым электронной системой управления (ЭСУ) 111.

Основным недостатком известных СИД является проблема синхронизации моментов срабатывания клапанов тем большая, чем больше кл an апов содержит СИД. Это связано с тем, что управляющие ЭПК представляют собой электромеханические устройства, временные характеристики которых неидентичны между собой и, кроме того, они изменяются по мере выработки ресурса.

Ближайшим техническим решением к изобретению является пневматическая система расширения больших пузырьковых камер, содержащая корпус камеры с рабо2 чей жидкостью и расположенной в нем ограничивающей мембраной, образующей подмембранный объем, многоступенчатые клапанные устройства, разделенные на две

5 группы, с двухходовым пневмоклапаном в основной ступени и электропневмоклапанами в управляющей ступени, ресиверы подачи и сброса газа, сообщающиеся с подмембранным объемом через двухходовые

1р пневмоклапаны l21. Она содержит 25 многоступенчатых клапанных устройств (с основной ступенью в виде нормально-закрытого двухходового пневмоклапана), разделенных на две группы: 12 клапанов служат для по15 дачи сжатого газа в подмембранный объем, а 13 — для сброса газа из этого объема.

Имеются ресиверы подачи и сброса газа, сообщающиеся с подмембранным объемом через основные ступени клапанных устgp ройств, ресиверы подачи и сброса управляющего газа, обеспечивающие работу управляющих ступеней основных клапанов. Ónравля|ощие ступени выполнены в виде нормально-открытых трехходовых электропнев2; моклапанов с пневмоприводом одностороннего действия, электромагнитные приводы которых питаются импульсами тока по командам, поступающим от ЭСУ. В этой

СИД, так же как и в камерах «СКАТ-М» и

sр «Гаргамель», синхронность срабатывания

816284

il5

3 клапанов достигается путем подбора индивидуальных временных задержек команд управления каждым элсктромагнитным приводом ЭПК (по две команды па каждой ЭПК) . С учетом необходимости формирования общсй временной задсржки СИ.I, относительно синхроимпульса ускорителя, а также двух групповых задержск (обп1их для каждой группы клапанов для осуществления каждого рабочего цикла этой СИД)

ЭСУ формирует 53 управляющие команды.

Описаппая СИД обладаст следующими недостатками.

Наблюдается заметный разброс момсптов срабатывания ЭПК вь зыва|ощпй парушение режима работы СИД. Это требует частой провсркп и синхро III;;alrIIII ЭПК.

Как показывает опыт эксплуатации, стабильность временных xapalnepllcllII 311 в наибольшей мере определяется стабильностью работы узла элсктромагпптссрвоклапан.

Управляющие команды, вырабатываемые ЭСУ, должны быть синхронизованы во времени с точностью 1 м/сск. Сбои в

ЭСУ чреваты весьма опасными последствиями: ошибка во времени срабатывания илп песрабатывание одного клапана вызываст нарушение симметрии поля давления в рабочем объсме камеры, что, в свою очередь, приводит к раскачке подвижного разделительного стекла, которое может разрушитьсь, ударившись об ограничительные упоры, а ошибка в групповых задержках, вызвавшая затягивание фазы декомпрессии, может привести к самопроизвольному вскипанию рабочей жидкости в камере с образованием газового пузыря. В этом случае последую:цая рекомпрессия создает мощную ударную нагрузку на элементы конструкции, расположенные в рабочем объеме. Громоздкость и сложность устройства ЭСУ, помимо ее высокой стоимости, существенно затрудняет достижение требуемой надежности ее работы.

Значительная сложность и трудоемкость настройки режима и обслуживания

СИД, особенно в части диагностики причин, вызывают отклонение от заданного режима.

Указанные недостатки являются следствием того, что каждый клапан имеет автономное управление, в то время как координацию их работы на всех уровнях осуществляют ЭСУ.

Цель изобретения — обеспечение стабильности расширения в пузырьковых камерах.

Эта цель достигается тем, что в пневматическую систему расширения больших пузырьковых камер, содержа1цую корпус камеры с рабочей жидкостью и расположенной в нем ограничивающей мембраной, образующей подмембранный объем, многоступенчатые клапанные устройства, 20

65 разделенные на две группы, с двухходовым пневмоклапаном в основной ступени и элсктропневмоклапанамп в управляющей ступеIIH, рссиверы подачи и сброса газа, сообщающиеся с подмембранным объемом через двухходовыс ппсвмоклапаны, введены обший коллектор, соединенный с пневмоприво 1ами, и трехходовой электропневмоклапан, вход и выход которого соединены с сооi HQTVTB) I0III,II5II,I ресивсрами, а пневмоприустройства в основной ступени выполнены в впдс трсхходовых пневмоклапанов с ппевмопрпводом одностороннего действия, причем трехходовыс ппсвмоклапаны одной группы выполнспы нормально-открытыми, а другой группы — нормально-закрытыми.

Управление СИД осушествляется с помощью единственного трсхходового ЭПК, t 0òoðûé по сигналам, поступающим от

ЭСУ, производпг циклические изменения (сброс-подача) давления в присоединенном к нему общем коллскторе, с последним соедш1епы управ IIII0IIJIIc полости всех трсхходовых ш1свмокла и апов.

Благодаря аннулированию ипдпвидуальпь1х электромагнитных приводов управляющих ступеней ликвидируется самос нестабильное звено (элсктромагнитсервоклапан), а синхронность срабатывания трехходовых пневмоклапанов обеспечивается тем, что пневматические управляющие сигналы поступают из общего коллектора. Вследствие разноимепности пневмоклапанов, принадлежаших разным группам, автоматически обеспечивается необходимая взаимосвязь срабатывания затворов основных клапанов групп декомпрессии и рекомпрессии (то, что раньше обеспечивалось подбором групповых задержек). Тем самым на долю ЭСУ, освобожденной от обязанностей управления на низшем уровне, остаются лишь две коман;bl: момента начала фазы декомпрессии и момента начала фазы рекомпрессии, которые и обеспечивают осуществление рабочего цикла СИД.

На фиг. 1 изображена пневмогидравлическая схема СИД; на фиг. 2 — временная диаграмма срабатывания СИД.

Подмембранный объем 1 ограничен с одной стороны мембраной 2 рабочего объема 3 камеры, а с другой — крышкой корпуса камеры с установленными в ней осповнымн клапанами, разделенными на две группы: группа 4 соедипяст объем 1 с ресивером подачи воздуха,,а группа 6— объем 1 с ресивером 7 сброса воздуха.

Основной клапан содержит корпус, в котором размещен полый шток 8 с закреплен- ной на его конце эластичной цилиндрической мембраной 9. К противоположному концу штока 8 подсоединен выход 10 трехходового пневмоклапана 11, состоящего из корпуса 12 с двумя седлами, между которыми совершает возвратно-поступательное

816284

5 движение затвор 13 двустороннего действия, оканчивающийся поршнем 14, образующим совместно с корпусом 12 управля" ющую полость 15. Вход 16 нормально-закрытых пневмоклапанов 11, установленных на основных клапанах группы 4 (рекомпрессии), соединен с ресивером 17 подачи управляющего давления, а его дренаж 18в с ресивером 19 сброса управляющего давления. Вход 20 нормально-открытых пневмоклапанов 11, установленных на основных клапанах группы 6 (декомпрессии), соединен с ресивером 21 подачи управляющего воздуха, а его дренаж 22— с ресивером 23 сброса управляющего воздуха. Управляющие полости 15 пневмокла. панов 11 соединены с. общим коллектором 24, который подсоединен к выходу 25 нормально-открытого трехходового электропневмоклапана (ЭПК). Он состоит из корпуса 26 с двумя седлами, между которыми совершает возвратно-поступательное движение затвор 27 двустороннего действия, оканчивающийся поршнем 28, образующим совместно с корпусом 26 управляющую полость 29. В, расточке прилива корпуса ЭПК размещен трехходовой сервоклапан 30, совершающий возвратно-поступательные движения между двумя седлами, одно из которых каналом 31 сообщено с входом 32 ЭПК, другое через отверстия

33 — с атмосферой, а полость между ними каналом. 34 — с управляющей полостью 29 ЭПК. Сервоклапан 30 взаимодействует е плунжером электромагнита 35, закрепленного на корпусе ЭПК. Вход 32

ЭПК соединен с ресивером 17, à его дренаж 36 — с ресивером 23. ЭПК управляется блоком управления, с помощью которого можно изменить момент подачи и длительность импульса тока, поступающего в обмотку электромагнита 35. Заданные давления в ресиверах 5, 7, 17, 19, 21, 23 поддерживаются редукторами-стабилизаторами (не показаны). В подмембранном объеме 1 установлена опорная решетка 37, имеющая. сквозное отверстие, на которую ложится мембрана при сбросе воздуха из СИД.

В исходном состоянии управляющий воздух из ресивера 17 через нормальнооткрытый ЭПК 25 подведен в коллектор 24, а от него — в управляющие полости 15 всех пневмоклапанов 11, в результате чего под действием давления, действующего на поршень 14, их затворы 13 прижаты к противолежашим седлам, тем самым сообщая внутреннюю полость штока 8 и мембраны 9 с ресивером 19 (для клапанов группы рекомпрессии) или с ресивером 21 (для клапанов группы декомпрессии).

Поскольку давление в ресиверах 17, 21 больше, чем в ресиверах 19, 7, 23 и меньже, чем в ресивере 5, цилиндрические мем25

G браны 9 клапанов группы декомпрессии раздуты внутренним избыточным давлением и тем самым разъединяют объем 1 и ресивер 7, а цилиндрические мембраны клапанов группы рекомпрессии, наоборот, сжаты наружным избыточным давлением, благодаря чему объем 1 сооощен с ресивером 5

Работа СИД происходит в следующей последовательности.

При подаче синхроимпульса (СИ) электронная схема блока управления начинает отсчет заданного времени задержек t и t>.

По истечении времени t выдается команда на включение электромагнита 35. Плунжер электромагнита, притягиваясь к штоку, перемещает сервоклапан 30 в противоположное положение до посадки на седло, тем самым разобщая управляющую полость 29 с входом ЭПК и сообщая ее через отверстия 33 с атмосферой. Поршень 28 под действием образовавшегося перепада давлений перемещает затвор 27 до посадки на противоположное седло, тем самым разобщая полость коллектора 24 с входом

32 ЭПК и сообщая ее с дренажем 36. В результате давление в коллекторе падает, а вместе с ним падает давление. в управляющих полостях 15 пневмоклапаном 11.

Поршни 14 под действием образовавшегося перепада давлений перемещают затворы 13 до посадки на противоположные седла, тем самым полость штока 8 разобщается с дренажем 18 и сообщается с входом 16 (для клапанов группы рекомпрессии), и разобщается с входом 20 и сообщается с дренажем 22 (для клапанов группы декомпрессии).

В результате цилиндрические мембраны клапанов группы рекомпрессии раздуваются, разобщая объем 1 с ресивером 5, а цилиндрические мембраны клапанов груп" пы декомпрессии сжимаются, сообщая объем 1 с ресивером 7 — начинается сброс воздуха из подмембранного объема 1..

По истечении заданного времени -4 выдается команда на отключение электромагнита 35. Сервоклапан 30 давлением сжатого воздуха, находящегося в канале

31, перемещается в исходное положение, разобщая управляющую полость 29 с атмосферой н сообщая ее с входом ЭПК (при этом плунжер электромагнита также перемещается в исходное положение).

Давление в управляющей полости 29 нарастает, в результате чего поршень 28 перемещает затвор 27 в исходное положение до посадки на седло, тем самым разобщая коллектор 24 с дренажем 36 и сообщая его с входом 32 ЭПК. В результате этого давление в коллекторе 24 и связанных с ним управляющих полостях 15 пневмоклапанов 11 возрастает, и их поршни 14 перемещают затворы 13 в исходное положение до посадки на седло, тем самым

816284

10!

З5

7 разобщая полость штока 8 с входом 16 и сообщая ее с дренажем 18 (для клапанов группы рекомпрессии) и разобщая ее с дренажом 22 и сообщая ее с входом 20 (для клапанов группы декомпрессии) . В результате цилиндрические мембраны клапанов группы декомпрессии раздуваются, разобщая объем 1 с ресивером 7, а цилиндрические мембраны клапанов группы рекомпрессин сжимаются, сообщая объем

1 с ресивером 5 — начинается заполнение подмембранного объема до давления, установленного в ресивере 5. Далее цикл повторяется.

На фиг. 2 приведена временная диаграмма цикла срабатывания СИД, где:

38 — запускающий синхроимпульс (ускорителя); 39 — задержка времени включения электромагнита ЭПК; 40 — задержка времени отключения электромагнита ЭПК;

1 — ток в обмотке электромагнита; P давление; t — время; 41 — кривая изменения давления в общем коллекторе, как функция времени; 42 — кривая изменения давления в полости цилиндрической мембраны одного из клапанов подачи; 43 кривая изменения давления в полости цилиндрической мембраны одного из клапанов сброса; 44 — кривая изменения давления в подмембранном объеме.

Следует отметить, что высокое требование к синхронности работы клапанов вынуждает считаться с разницей во временных задержках для трехходовых пневмоклапанов, неодинаково удаленных от командного ЭПК (установленного на общем коллекторе, имеющем определенную протяженность). Уравнять эти задержки можно подбором либо длин, либо проходных сечений импульсных трубок, соединяющих управляющие полости трехходовых пневмоклапанов с общим коллектором.

Преимущества предложенной СИД по сравнению с известными следующие.

Поскольку командное давление во все управляющие полости трехходовых пневмоклапанов подается из общего коллектора, то этим автоматически обеспечивается синхронность срабатывания клапанов, причем несрабатывание какого-либо клапана становится невозможным (как это было в прежней СИД), что существенно повышает ее надежность и исключает возможность аварийных колебаний разделительного стекла камеры.

При 25 (или любом другом количестве) клапанах для осуществления рабочего цикла СИД необходимо сформировать всего две управляющие команды. Это резко упрощает схему ЭСУ, что существенно повышает ее надежность, удобство и быстроту настройки режима СИД; упрощает ее эксплуатацию.

Так как клапаны подачи нормально-от8 крыты, нет необходимости подбирать величину давления в респвере подачи воздуха для сохранения постоянства установившегося в динамическом режиме работы значения верхнего давления в подмембранном объеме (как это имело мес1о в прежней

СИД), поскольку оно равно давлению в ресивере подачи воздуха, ITo облегчает работу оператора и улучшает стабильность режима камеры, Для проверки работоспособности предложенной СИД были проведены стендовые испытания модуля СИД, собранного из штатных агрегатов н состоящего из клапана сброса с трехходовым нормально-открытым пневмоклапаном, клапана подачи с трехходовым нормально-закрытым пневмоклапаном, коллектора, с которым соединены управляющие полости трехходовых пневмоклапанов, давление в котором изменялось командным ЭПК.

Результаты испытаний, в процессе которых было произведено 8000 циклов срабатываний, полностью подтвердили правильность и стабильность функционирования модуля СИД.

Было также испытано устройство, позволяющее регулировать проходное сечение канала связи управляющей полости трехходового пневмоклапана с общим коллектором независимо для каждого направления потока газа (подача †сбр), предназначенное для выравнивания временных задержек пневмоклапанов, неодинаково удаленных от командного ЭПК, Устройство позволяет регулировать задержку в пределах 10 —:15 м/сек.

Применение предложенной СИД позволит повысить надежность и эффективность работы камеры «СКАТ».

Формула изобретения

Пневматическая система расширения больших пузырьковых камер, содержащая корпус камеры с рабочей жидкостью и расположенной в нем ограничивающей мембраной, образующей подмембра нный объем, многоступенчатые клапанные устройства, разделенные на две группы, с двухходовым пневмоклапаном в основной ступени и электропневмоклапанами в управляющей ступени, ресиверы подачи и сброса газа, сообщающиеся с подмембранным объемом через двухходовые пневмоклапаны, отличающаяся тем, что, с целью обеспечения стабильности расширения, в нее введены общий коллектор, соединенный с пневмоприводами и трехходовой электропневмоклапан, вход и выход которого соединены с соответствующими ресиверами, а клапанные устройства в основной ступени выполнены в виде треххо818284 довых пневмоклапанов с пневмоприводом одностороннего действия, причем трехходовые пневмоклапаны одной группы выполнены нормально-открытыми, а другоп группы — нормально-закрытыми.

Источники информации, принятые во внимание при экспертизе

1. Баранов Д. С. и др. ПТЭ, 1973, № 3, с. 57.

2. Андросенко В. М. и др. ПТЭ, 1979, ¹ 3, с. 50 (прототип) . л гз

30 и

816284!

41 — т

l00 мсек

Корректор А. Степанова

Редактор И. Гохфельд

Подписное

Заказ 1288

Загорская типография Упрполиграфиздата Мособлисполкоиа.7

1 !

Я)мсек

Фиа. Е

Составитель Ю. Алешин

Техред А. Камышникова

Изд, № 111 Тираж 719

ВНИИПИ Государственного комитета СССР по делам изобретений и открытий

113035, Москва, К-35, Раушская наб., д. 4j5