Регулятор с использованием тепловой энергии

 

Изобретение относится к тепловой автоматике на объектах управления , где нет никаких других видов энергии, кроме тепловой. Целью изобретения является повышение надежности и точности регулятора. Поставленная цель достигается тем, что в регуляторе с использованием тепловой энергии, содержащем блок сравнения и исполнительный механизм интегрального действия , регулирующий орган исполнительного механизма интегрального действия выполнен так, что выходной вал его поворачивается на угол, пропорциональный интегралу ошибки5 за счет подвода тепловой энергии как к исполнительному механизму интегрального действия, так и к преобразователям тепловой энергии в механическую. 2 ил.

СОЮЗ СОВЕТСКИХ

СОЦИАЛИСТИЧЕСКИХ

РЕСПУБЛИК (19) (11) (S1)S С 05 В !!/00

ОПИСАНИЕ ИЗОБРЕТЕНИЯ

К ABT0PCHOMY СВИДЕТЕЛЬСТВУ

ГОСУДАРСТВЕННЫЙ КОМИТЕТ

ПО ИЗОБРЕТЕНИЯМ И ОТКРЫТИЯМ

ПРИ ГКНТ СССР (21) 4388672/24 (22) 31.12.8,7 (46) 07.0) 91. Бюл. И -1 (71) Киевский политехнический институт им. 50-летия Великой Октябрьской социалистической революции (72) В,А.Ерошенко и А.В.Бовдилова (53) 621.62-50(088,8)

{56) Авторское свидетельство СССР

¹ 941961, кл. G 05 D 23/19, 1982. (54) РЕГУЛЯТОР С ИСПОЛЬЗОВАНИЕМ ТЕПЛОВОЙ ЭНЕРГК1 (57) Изобретение относится к тепловой автоматике на объектах управления, где нет никаких других видов энергии, кроме тепловой. Целью изобИзобретение относится к тепловой автоматике и точной механике, а именно к устройствам преобразования тепловой энергии в тепломеханическую энергию рабочих элементов и предназначено для регулирования четырех основных технологических параметров промышленных объектов. температуры, давления, расхода вещества, уровня жидкости по интегральному закону регулирования в условиях с ограниченной возможностью использования традиционных видов энергии (электрической, пневматической, гидравлической} и наличия в избытке тепловой энергии на объекте управления, Целью изобретения является повышение надежности и точности регулятора.

На фиг. 1 приведена конструкция исполнительного механизма интеграль-. ного действия; на фиг. 2 - конструкретения является повышение надежности и точности регулятора. Поставленная цель достигается тем, что в регуляторе с использованием тепловой энергии, содержащем блок сравнения и исполнительный механизм интегрального действия, регулирующий орган исполнительного механизма интегрального действия выполнен так, что выходной вал

его поворачивается на угол, пропорциональный интегралу ошибки. за счет подвода тепловой энергии как к исполнительному механизму интегрального действия, так и к преобразователям тепловой энергии в механическую.

2 ил. ция регулятора с использованием тепловой энергии.

Исполнительный механизм интегрального действия (фиг. 1) содержит стержень 1 с теплоизоляцией 2 боковой поверхности, кроме торца 3. Стержень

1 связан с источником тепловой энергии через тепловую шину 4. Цилиндр 5 закреплен на основании 6, цилиндр выполнен с ребрами 7 и нижним своим основанием связан с сильфоном 8. Цилиндр

5 с сильфоном 8 частично заполнены жидкостью 9. В объеме цилиндра 5 над жидкостью 9 находится объем 10 паровоздушной смеси. Вертикальное положение стержня 1 в цилиндре 5 фиксируется с помощью муфты ll и упорного винта 12. Внутри корпуса 13, выполненного как продолжение нижних ребер 7, цилиндра.5 размещен, кроме сильфона

8, гибкий шток 14. Внутри цилиндра 5

1619228 к нижнему основанию сильфона 8 прикреплена теплопроводная вставка 15 (припаяна, приклеена) с постоянным объемом. Нижняя часть корпуса 13 содержит гайку )6 между гайкой 16 и сильфоном 8 размещена пружина 17.

Регулятор с использованием тепловой энергии (фиг. 2)содержит входную и выходную части. Входная часть регулятора состоит из измерителя 18 регулируемой величины Х.;, связанного с регулятором через теплоизолированный стержень 19 на конце которого закреплен кондуктор 20, выполненный в виде цилиндра из теплопроводного материала. Блок сравнения содержит две одинаковые и прилегающие друг к другу замкнутые полости 21 и 22 в виде параллелепипедов, заполненные 20 газом, боковая поверхность которых покрыта теплоизоляцией 23. Цилиндр-кондуктор 20 блока сравнения расположен между полостями 21 и 22 и тепловой шиной 24. Внешние стороны шины 24 по- 25 крыты теплоизоляцией 25. Полости 21 и 22 закреплены на вертикальной платформе 26, которая снабжена указателем

27 задания регулируемой величины Х д со шкалой 28, Тепловая шина 24 за- 30 креплена на опорном элементе корпуса регулятора 29, Полости 21 и 22 через капилляры 30 и 31 связаны с сильфона" ми 32 и ЗЗ, закрепленными на опорных элементах 34 и 35 корпуса регулятора. 35

Выходная часть регулятора (фиг.2) состоит из исполнительного механизма

1-17 интегрального действия (фиг.l), связанного через гибкий шток 14 с преобразователем 36-44 возвратно-поступательного движения во вращательное (фиг.2).

Преобразователь возвратно-поступательного движения во вращательное (фиг. 2) содержит собачку 36 на гиб- 45 ком штоке 14,.õðàïîâûå колеса 37 и

38, ведущие шестерни 39 и 40, ведомую шестерню 41 и валы 42-44 вращения.

Выходной вал 44 вращения связан с регулирующим органом 45, установленным в трубопроводе 46, \

Исполнительный механизм интегрального действия работает (фиг. 1) следующим образом.

С помощью муфты 11, упорного винта

12, а также пружины 17 и вставки 15 устанавливают требуемую величину заглубления h стержня 1 в жидкости 9.

Тем самым задают требуемую частоту возвратно-поступательных движений гибкого штока 14, т.е, заданное быстродействие исполнительного механизма 1-17.

Тепло, полученное стержнем 1 от источника тепловой энергии, через тепловую шину 4 идет на увеличение теплосодержания стержня 1 и передачу тепла через торец 3 к жидкости 9.

Эффективный прогрев жидкости 9 в районе торца 3 приводит к исполнению жидкости 9 и нагреву пара 10. В результате этого давление пара 10 в объеме над жидкостью 9 увеличивается и под его воздействием уровень жидкости 9 начинает уходить вниз, удаляясь от торца 3. Благодаря этому растягиванию сильфон 8, совершая перемещение

AУ. Вместе с торцом сильфона 8 движется вниз и гибкий шток 14. При этом пружина 17 сжимается. Так как у пара незначительный коэффициент теплопроводности, то молекулы пара эффективно нагреваются лишь у сечения торца 3.

Вследствие этого у основной массы пара начинается конденсация в объеме камеры 5. Тогда давление пара 10 уменьшается и под воздействием пружины 17 сильфон 8 сжимается, перемещая вверх гибкий шток 14. В результате этого зеркало жидкости 9 занимает начальное положение, обеспечив тепловой контакт с торцом 3 стержня

1. Жидкость 9, прогреваясь, начинает снова испаряться и зеркало жидкости

9 уходит вниз. Вместе с этим растягивается сильфон 8,- перемещающий вниз гибкий шток 14.

Указанный процесс колебания уровня жидкости 9 в цилиндре 5 периодически повторяется.

Таким образом, на выходе исполнительного механизма 1-17 (фиг . 1) получают возвратно-поступательные движения гибкого штока 14, Это приводит в действие преобразователь 36-44 возвратно-поступательного движения во вращательное (фиг. 2).

Возможность перемещения теплопроводной вставки 15 с постоянным объемом обеспечивает прямую зависимость между степенью заглубления Ь стержня 1 в жидкости 9 и величиной сжатия пружины 17, определяемой вращением гайки 16. Это позволяет точно задать оператору требуемую частоту колебаний (возвратно-поступательных движений) 1619? 28

Тп

1 о где Т вЂ” постоянная времени интегрии рования.

Перемещение регулирующего органа

45 в.трубопроводе 46, т.е. отработка регулирующего воздействия Х, продолжается до тех пор, пока ошибка ДХ=

=Х;-Х не становится равной нули.

20 При этом цилиндр — кондуктор 20 занимает нейтральное среднее положение относительно полостей 2! и 22, что обуславливает одинаковую температуру в этих плоскостях. Гибкий шток 14 не

25 входит в зацепление ни с одним из храповых колес 37 и 38, т.е, отсутствует регулирующее воздействие.

Орган настройки — постоянная времени интегрирования Т,, позволяет ч э изменять время Т, меняя степень сжатия пружины 1 7 вращением гайки 16 (фиг. 1), гибкого штока 14, т.е. быстродействие исполнительного механизма 1 — 17.

Входная часть 18-33 регулятора работает следующим образо (фиг. 2).

В состоянии равновесия цилиндр кондуктор 20 блока сравнения находится в среднем положении между замкнутыми полостями 21 и 22, что означает равную температуру газа в этих полостях 21 н 22 и отсутствие регулирующего воздействия, т.е. гибкий шток

14 исполнительного механизма 1 — 17 на— ходится в среднем нейтральном положении и не входит во взаимодействие с преобразователем 36-44 возвратнопоступательного движения во вращательное.

При отклонении регулируемой величины X от задания Х, т.е. при по—

I явлении сигнала небаланса ДХ=Х -X зд в зависимости от знака этого небаланса стержень 19 перемещается вверх или вниз. Здесь регулируемая величина У; (например, температура) преобразуется в линейное перемещение стержня

19. Например, стержень 19 перемеша— ется вверх, вместе с ним перемещается и кондуктор 20. При этом увеличивается плошадь контакта кондуктора 20 с полостью 21 и уменьшается плошадь контакта кондуктора 20 с полостью 22.

Поскольку полости 21 и 22 нагреваются через кондуктор 20, температура газа в полости 21 увеличивается по

35 сравнению с температурой газа в полости 22. Это вызывает увеличение объема сильфона 33 по сравнению с объемом сильфона 32. Свободный торец сильфона 33 перемещается влево. Это приво- 40 дит к тому, что непрерывно совершающий возвратно поступательные движения гибкий шток 14 перемещается влево и входит в зацепление с храповымколесом 37, что приводит в действие пре — 45 образователь 36-44 движения.

Преобразователь 36-44 возвратнопоступательного движения во вращательное работает следующим образом (фиг.2), В зависимости от знака сигнала небаланса Д Х возвратно-поступательное движение гибкого штока 14 с собачкой

36 сообщает вращательное движение одному из храповых колес 37 и 38 (до.пустим храповому колесу 37). Собачка

36 поворачивает храповое колесо 37 вместе с валом 42 и шестерней 39 на число зубьев, соответствующих числу импульсов перемещений гибкого штока

14. В зависимости от знака сигнала небаланса ведомая шестерня 41 вращается в ту или иную сторону (в данном случае по часовой стрелке). Это приводит к открытию проходного сечения трубопровода 46 регулирующим органом

45, т.е. формированию регулирующего воздействия

Увеличивая степень сжатия пружины

17, уменьшают частоту пульсаций исполнительного механизма и, следовательно, уменьшают быстродействие исполнительного механизма, т.е. увеличивают время интегрирования. Уменьшение частоты пульсаций исполнительного механизма при увеличении степени сжатия пружины 17 связано с тем, что существует однозначная зависимость между степенью заглубления стержня в жидкости 9 и величиной сжатия пружины 17, определяемой вращением гайки 16. Чем больше степень сжатия пружины 17, тем больше величина заглубления h стержня 1 в жидкости 9 и тем большему количеству жидкости 9 стержень 1 отдает тепло. 1 а прогрев и испарение жидкости 9 в этом случае тратится больше времени, что снижает частоту пульсаций гибкого штока 14.

При малых заглублениях h стержня 1 в жидкость 9, достигаемых -,ë счет перемещения гайки 16 вниз, сг.орость нагрева и испарения жидкости увеличивается и частота пульсаций стержня

1619228

14 также увеличивается, обуславливая меньшее время интегрирования Т и большее регулирующее воздействие У „, за время существования ошибки Х.

Формулаизобретения

Регулятор с использованием тепловой энергия, содержащий исполнительный механизм интегрального действия, 1п измеритель регулируемой величины, блок сравнения и регулирующий орган, отличающийся тем, что, с целью повышения надежнос,.и и точности регуля гора, в нем блок сравнения вы- 15 полнен из двух одинаковых заполненных газом полостей, прилегающих одна к другой и выполнен. х в виде параллелепипедов, боковые поверхности которых покрыты теплоизоляцией, и кондук- 2() тора, выполненного из теплопроводного материала, установленного между тепловой шиной и торцами параллелепипедов, установленных с возможностью вертикального перемещения относительно тепловой шины, теплоизолированной от окружающей среды, кондуктор с помощью теплоизолированного стержня связан с выходом измерителя регулируе30 мой величины, а исполнительный механизм интегрального действия выполнен в виде сильфонного осциллятора и состоит из цилиндра, наружная боковая поверхность которого снабжена ребра— ми, а полость, образованная внутренней боковой поверхностью цилиндра и закрепленного на цилиндре сильфона, частично заполнена жидкостью, в которой частично размещен с возможностью перемещения стержень, соединенный с тепловой шиной, причем боковая поверхность стержня теплоизолирована, на подвижном торце сильфона со стороны внутренней полости закреплена теплопроводная вставка, а с внешней стороны — гибкий шток, причем сильфон .подпружинен относительно цилиндра, гибкий шток снабжен собачкой, установленной с возможностью. поочередного контакта с одним из храповых колес, связанных через шестерни с выходным валом, связанным с регулирующим органом, причем гибкий шток размещен между двумя оппозитно расположенными сильфонами, полости которых капиллярами связаны с полостями параллелепипедов.

1619228

Составитель Н Мирная

Редактор И.Дербак Техред Л.Олийнык Корректор В. ÐH

ВНИИПИ Государственного комитета по изобретениям и открытиям при ГКНТ СССР

1 13035, Москва, Ж-35, Раущская наб., д. 4/5

Производственно-издательский комбинат "Патент", г. Ужгород, ул. Гагарина, 101