Регулятор давления

 

Союз Советски к

Социалистичесиик

Республик

ОП ИСАНИЕ

ИЗОБРЕТЕН ИЯ 962879

К АВТОРСКОМУ СВИДЕТЕЛЬСТВУ (61) Дополнительное к авт. свил-ву ..(22)Заявлено 09.03.81 (21) 3256091/18-24 с присоелинением заявки М (51) М. Кл.

G 05 0 16/06

Реударстеекаый кемнтет

CCCP ао делам язебретекий и еткрыти11 (23 ) П р нори тет

Опубликовано 30.09.82. Бюллетень Юв 36 (53) УДК 621.646..3(088.8) Дата опубликования описания 30 .09 . 82 (72) Автор изобретения

А. П. Данилин

Ь;4С®йцЩ r,«<: «ЖН5йд

ТГ ХНИщСщ„р 4

) ин с%Мфе11 1у

Ивановский ордена Знак Почета энергетически им. В. И. Ленина (71) Заявитель (54) РЕГУЛЯТОР ДАВЛЕНИЯ

Изобретение относится к автоматике и может быть использовано в различных гидравлических, энергетических, химических и прочих системах для регулирования давления, а также расхода и температуры протекающей жидкости.

Известен регулятор давления проходного типа, содержащий два регулирующих элемента, установленных в корпусе на

1О резьбах разного направления, оси которых совпадают с осью регулятора. В устройстве используется внешний привод вращательного (по виду движения) типа (1 ).

Недостатками данного регулятора являются сложность конструкции, заключающаяся в наличии внешнего привода и в невозможности его размещения в едином корпусе регулятора проходного 2о типа; недостаточно высокая чувствительность и точность срабатывания изза большого количества элементов, передающих перестанавливающее усилие от

2 привода-к регулирующим элементам ограниченная надежность в работе °

Наиболее близким по технической сущности к предлагаемому является регулятор давления, содержащий корпус с входным и выходным патрубками, чувствительный элемент и регулирующий орган, связанный с резьбовым штоком и установленный с возможностью вращения вокруг своей оси.Регулятор содержит золотник, установленный в регулирующем органе, связанный с чувствительным элементом и предназначенный для управления потоками жидкости, поступающей в реактивные сопла, укрепленные на регулирующем органе и направленные тангенциально. При этом реактивный привод компактен при достэточной мощности, расположен в едином с регулятором корпусе, чувствительность регулятора повышена за,счет снижения количества элементов, передающих регулирующий импульс (2 1.

3 96287

Недостатками известного регулятора являются низкая точность из-за трения покоя в зоне контакта золотника в его гнезде: ненадежность работы золотнико вого распределителя на технических жидкостях, имеющих механические включения, приводящие к его механическому износу и. заклиниванию; кроме того, реактивный момент сопла обратно пропорционален степени закрытия регулирующего органа вследствие изменения располагаемого перепада давления в соплах, что вызывает снижение чувствительности регулятора в режиме максимального открытия регулирующего орга- Ig на.

Цель изобретения - повышение точности и надежности работы регулятора.

Указанная цель достигается тем, что в регуляторе за седлом на штоке уста- gp новлены насадок, связанный с чувствительным элементом и снабженный радиальными струйными каналами, соединенными через внутреннюю полость штока с входным патрубком, и лопасти с возмож- ностью поворота вокруг осей, установленных радиально штоку на его кронштейне, а на передней кромке лопастей, напротив радиальных струйных каналов выполнены приемные каналы в виде тангенциальных сопел, направленных s Ilpo тивоположные стороны.

Кроме того, тангенциальные сопла выполнены внутри осей.

Точность регулирования повышается за счет применения лопастей, обеспе35 чивающих дополнительный крутящий момент, который суммируется с реактивным моментом тангенциальных сопел.

Управление тангенциальными соплами

4Р при помощи струйных каналов исключило взаимодействие трущихся пар и позволило повысить надежность регулятора.

Регулятор может быть применен для регулировки давления "после себя" и

"до себя". Кроме того, конструкция регулятора позволяет вместо сильфонного чувствительного элемента, реагирующего на изменение давления, исполь" зовать преобразователь расхода и температуры, что делает возможным его применение для регулирования расхода и температуры жидкостного потока.

На фиг. 1 изображен регулятор давления "после себя"; на фиг. 2 - вариант исполнения регулятора давления

"до себя"; на фиг. 3 - вариант исполнения регулятора для регулирования расхода жидкостного потока; на фиг. 49 4 регулятор для регулирования температуры жидкости или газа; на фиг. 5 - вариант узла установки насадка и лопастного аппарата.

Регулятор, предназначенный для регулирования давления жидкостного потока "после себя" (фиг, 1), содержит корпус 1, имеющий входной 2 и выходной 3 патрубки. Внутри корпуса расположено седло 4, спереди которого по направлению потока и соосно ему установлен регулирующий орган 5, имеющий в передней части резьбовой шток 6, размещенный в резьбовой втулке 7, .которая укреплена в патрубке 2 на радиальных стойках 8, Задняя (по ходу штока) часть регулирующего элемента 5 переходит в полый шток 9, размещенный в подшипнике скольжения 10, укрепленном вышеописанным способом на стойках 8. Полость штока 9 сообщается с пространством входного патрубка 2 каналами 11. В конце штока 9 посредством внутренних ребер укреплен стержень 12, несущий на внешнем своем конце кронштейн 13. Торцы штока 9. и кронштейна 13 через сильфоны 14 соединены со струйным насадком 15, осевое отверстие которого сообщается с радиальными струйными каналами. На кронштейне

13 укреплены радиальные оси 16, на которых с угловой свободой установлены лопасти 17 симметричного профиля.

В передней части лопастей 17 (в пределе - на передней кромке) размещены приемные каналы, направленные радиально и разнесенные по оси устройства так, что они расположены один за другим, причем эти каналы переходят в тангенциально направленные в противоположных направлениях сопла 18.

На полой стойке 19 укреплен чувствительный элемент, который выполнен в виде сильфона 20, который имеет подвижный торец. Внутри сильфона 20 размещена пружинка 2 1 сжатия, напряженная через рычаг 22 регулировочным винтом 23. Сильфон 20 посредством вильчатой тяги 24 и пальцев 25 кинематически связан со струйным насадком 15.

В варианте исполнения регулятора давления "до себя" (фиг. 2) сильфон

20 соединен со струйным насадком 15 посредством штока 26, причем передача движения (и кинематическая связь) осуществляется через продольное окно 27, выполненное в теле штока 9, который в этом случае выполнен в едином блоке с кронштейном 13. При этом регулиру5 9628 ющий орган 5 в передней части соединен с полым резьбовым штоком 28, в котором располагается шток 26.

В варианте регулятора расхода (фиг. 3) использован чувствительный элемент, который реагирует на измене". ние скоростного. напора. Этот чувствительный элемент вь.полнен в виде плас" тины 29 (диска), подпружиненной пружиной сжатия 30, напряженной через 1о втулку 31 и рычаг 22 регулировочным винтом 23 ° Пластина 29 установлена нормально к потоку.

В варианте регулятора температуры (фиг. 4) внутренняя полость сильфона

20 сообщается с объемом термоблока 32 манометрического датчика температуры, размещенного в терморегулируемой зоне.

Рационален вариант выполнения радиальных осей 16 с двумя внутренними каналами 33 (фиг. 5), разнесенными в направлении оси и сообщающимися с тангенциальными соплами 18 посредством каналов, выполненных в теле лопасти

17. Резьба на штоке 6 выполняетсцса-д мозатормаживающейся, преимущественно одноходной с малым шагом. Все сопла составляют две группы, причем все сопла одной группы направлены в одном направлении вращения.-Лопасти 17 уста5 новлены на радиальных осях 16 так, что у каждой ее аэродинамический центр давления расположен вблизи (или совмещены) с геометрической осью поворота.

Э5

Рабочая поверхность регулирующего элемента 5 (противостоящая седлу 4) может быть спрофилирована по любому закону изменения площади проходного сечения канала седло 4 — регулирующий орган 5 в зависимости от осевого перемещения регулирующего органа 5, в том числе и по линейному. закону, что обеспечит работу регулятора по типу пропорционального регулирования.

П ри ре гули ро ва нии да влен и я "после себя" устройство работает следующим образом (фиг. 1).

В стационарных условиях давление протекающей через клапан среды сжимает сильфон 20 до некоторого положения равновесия упругих сил сильфона 20 и пружины 21. При этом струйный насадок 15 занимает среднее положение относительно приемных каналов сопл 18, обеспечивая давление расхода на сопла 55 каждой лопасти на две равные части и равенства реактивных сил сопл каждой лопасти, что, во-первых, приводит к

79 6 тому, что суммарный крутящий момент всех сопел будет равен нулю, и, вовторых, каждая лопасть будет устанавливаться в потоке во флюгирующем положении, и сумма гидродинамических сил всех лопастей также будет равна нулю.

Таким образом, регулирующий элемент будет находиться в покое. При изменении давления в выходном патрубке 3 равновесие чувствительного элемента нарушится. Так, например, при увеличении давления сильфон 20 сожмется и займет новое положение, обеспечивающее равновесие сил сильфона 20, пружины 21 и сильфонов 14 в этих новых условиях: при этом вильчатая тяга 24 переведет струйный насадок 15 в сторону патрубка 3, струи, истекающие из него, будут делиться уже не на.равные части и на соплах 18 изменяются реак" тивные силы, причем прежний баланс их нарушится, что приведет к повороту лопастей 17 на осях 16 на некоторый угол, и на лопасти будет воздействовать протекающая среда, вызывая гидродинамическую силу (по природе сходную с подьемной силой крылового профиля в потоке) ° Так как.сопла 18 установлены на передних кромках лопастей 17, знаки моментов сил реакции сопел 18 и гидродинамических сил совпадают, а сумма этих моментов вызовет вращение регулирующего органа. В данном случае, учитывая геометрию на фиг. 1 и то, что шток 6 имеет правую резьбу, регулирующий орган перемещается назад, в сторону выходного патрубка 3, обеспечивая закрытие зазора в седле. Пропуск рабочей среды уменьшится, обеспечивая снижение давления в патрубке 3. Кроме того, движение регулирующеro органа переместит назад все лопасти 17, обеспечивая обратное изменение соотношения расходов в соплах 18 вплоть до их равенства, что, в свою очеоедь, приведет к равенству реактивных сил на каждый лопасти и ее возврату во флюгирующее положение. Суммы, как реактивных, так и гидродинамических сил, снова будут равны нулю, что приведет к остановке регулирующего органа в положении, обеспечивающем новый режим работы, вызванный возмущением со стороны регулируемого объекта, подсоеди" ненного к выходному патрубку.

При уменьшении давления регулятор работает таким же образом, с той лишь разницей, что перераспределение расходов жидкости в реактивных соплах

7 96287 обеспечивает перемещение регулирующего органа 5 в сторону открытия кольцевого зазора в области седла 4.

При регулировании давления "до себя" (Фиr. 2) регулятор работает ана- s логичным образом, обеспечивая расход жидкости через регулятор на сброс из объекта регулирования, подключенного со стороны входного патрубка 2.

При регулировании расхода протека-10 ющей среды (фиг. 3) скоростной напор потока, пропорциональный расходу, воспринимается датчиком скоростного напора (пластина 29), причем усилие активного воздействия потока перемещает 1% шток 26 до тех пор, пока не наступит

его равновесие с усилием со стороны пружины 30. При этом произойдет перемещение соплового насадка 15 и срабатывание регулятора в сторону уменьше-20 ния проходного сечения в седле 4, а снижение расхода приведет к уменьшению силы воздействия на пластину 29, приводя систему к некоторому устойчивому положению, обеспечивающему за- 25

-,данный расход.

Во всех вышеописанных случаях уровень заданного параметра устанавлива ется с помощью- рычага 22 и регулировочного винта 23. 30

При регулировании температуры жидкости в термобаллоне 32, установленной в зоне контроля температуры объекта, обеспечивает при своем объемном расширении (сжатии) соответствующую деформацию сильфона 30 и срабатывание регулятора с изменением подачи греющего агента, топлива, охладителя и т. д.

В остальном при этом работа устройства совпадает с вышеописанным.

Технология и затраты при изготовлении регулятора доступны для широкого использования, так как требования к качеству материалов всех элементов не содержат никаких принципиальных

\ ограничений, а его выполнение в се- . рийном производстве требует меньших затрат, чем для известных и используемых в настоящее время регуляторов прямого действия.

Регулятор может быть использован во всех отраслях техники, где требуется регулирование давления, расхода, температуры жидкости (газа) в трубах и каналах.

Формула изобретения

1. Регулятор давления, содержащий корпус с входным и выходным патрубками и с расположенными в нем седлом, регулирующим органом, шток которого установлен в подшипнике скольжения и резьбовой втулке, установленных на радиальных стойках, и чувствительным элементом, отличающийся тем, что, с целью повышения точности и надежности регулятора, за седлом на штоке установлены насадок, связанный с чувствительным элементом и снабженный радиальными струйными каналами, соединенными через внутреннюю полость штока .с входным патрубком, и лопасти с возможностью поворота вокруг осей, установленных радиально штоку на его кронштейне, а напротив радиальных струйных каналов на передней кромке лопастей выполнены приемные каналы в виде тангенциальных сопел, направленных в противоположные стороны.

2. Регулятор по и. 1, о т л и ч аю шийся тем, что тангенциальные сопла выполнены внутри осей.

Источники информации, принятые во внимание при экспертизе

1. Авторское свидетельство СССР

N 619909, кл. G 05 D 16/06, 1976.

2. Авторское свидетельство СССР по заявке к 2818179, кл. G 05 D 16/06, 1979 (прототип).

962879

302 Ю1 26

yz фиг.4

ВНИИПИ Заказ 7510/66

Тираж 914 Подписное

Филиал ППП "Патент", г.Ужгород,ул.Проектная,4