Синхронный регулятор расхода текучей среды

 

Использование изобретения: гидроавтоматика , в частности техника регулирования расхода текучей среды. Сущность изобретения: регулятор содержит несколько каналов 2, в каждом из которых расположены идентичные элементы - две турбины 11.12, профилированный шток 9 и дроссельная шайба 8, Одна из турбин закреплена на оси 5, а другая установлена на ней посредством подшипниковой опоры 17. Шток 9 взаимодействует с осью посредством ходовой резьбы, а со ступицей одной из турбин посредством шлицов. Напротив всех турбин установлены индукционные катушки 13, 14. В бандажах всех турбин турбин расположено четное число постоянных магнитов, за счет которых осуществляется магнитная взаимосвязь расположенных напротив друг друга турбин, что обеспечивает синхронизацию их вращения. Регулирование расхода осуществляется за счет электромагнитного торможения со стороны индукционного поля катушек турбин. При отличии скорости вращения турбин, установленных в одном канале, шток 9 начинает перемещаться в канале, приближаясь или удаляясь от дроссельной шайбы. За счет этого осуществляется грубое регулирование расхода. Тонкое регулирование осуществляется за счет .торможения турбин и увеличения тем самым гидравлического сопротивления канала. За счет магнитного взаимодействия турбин в соседних каналах осуществляется их синхронное вращение, а следовательно, и синхронизация регулирования расхода в каждом канале. Регулятор может использоваться в качестве регулятора соотношения компонентов в химической технологии, пищевой и фармацевтической промышленности, а также в двигательных установках различного назначения, в которых при изменении тяги необходимо обеспечивать оптимальное соотношение расходов горючего и окислителя . 5 з. п. ф-лы, 4 ил. Ё 00 со со 00 N о

COIO3 СОВЕТСКИХ

СОЦИАЛИСТИЧЕСКИХ

РЕСПУБЛИК (l9) (11) (si)s G 05 D 7/06

ГОСУДАРСТВЕННОЕ ПАТЕНТНОЕ

ВЕДОМСТВО СССР (ГОСПАТЕНТ СССР) ОПИСАНИЕ ИЗОБРЕТЕНИЯ

К АВТОРСКОМУ СВИДЕТЕЛЬСТВУ (21) 4951610/24 (22) 28.06,91 (46) 15.08.93, Бюл. ¹ 30 (71) Научно-исследовательский институт энергетического машиностроения МГТУ им.

Н.Э. Баумана (72) B,А. Девисилов и А.Л. Синцов (56) Авторское свидетельство СССР

¹ 1057928, кл, G 05 D 7/06, 1982, Авторское свидетельство СССР

¹ 1241201, кл. G 05 D 7/06, 1984. (54) СИНХРОННЫЙ РЕГУЛЯТОР РАСХОДА

ТЕКУЧЕЙ СРЕДЫ (57) Использование изобретения: гидроавтоматика, в частности техника регулирования расхода текучей среды, Сущность изобретения: регулятор содержит несколько каналов 2, в каждом из которых расположены идентичные элементы — две турбины

11, 12, профилированный шток 9 и дроссельная шайба 8, Одна из турбин закреплена на оси 5, а другая установлена на ней посредством подшипниковой опоры 17. Шток 9 взаимодействует с осью посредством ходовой резьбы, а со ступицей одной из турбин посредством шлицов. Напротив всех турбин установлены индукционные катушки 13, 14.

8 бандажах всех турбин турбин располоИзобретение относится к области гидроавтоматики, в частности к технике регулирования расхода текучей среды, и может быть использовано в различных областях техники, где необходимо точное и тонкое жено четное число постоянных магнитов, за счет которых осуществляетСя магнитная взаимосвязь расположенных напротив друг друга турбин, что обеспечивает синхронизацию их вращения. Регулирование расхода осуществляется за счет электромагнитного торможения со стороны индукционного поля катушек турбин. При отличии скорости вращения турбин, установленных в одном канале, шток 9 начинает перемещаться в канале, приближаясь или удаляясь от дроссельной шайбы. 3а счет этого осуществляется грубое регулирование расхода. Тонкое регулирование осуществляется за счет.торможения турбин и увеличения тем самым гидравлического сопротивления канала. За

I» счет магнитного взаимодействия турбин в З соседних каналах осуществляется их синхронное вращение, а следовательно, и синхронизация регулирования расхода в каждом канале. Регулятор может использоваться в качестве регулятора соотношения компонентов в химической технологии, пищевой и фармацевтической промышленности, а также в двигательных установках различного назначения, в которых при изменении тяги необходимо обеспечивать оптимальное соотношение расходов горючего и окислите.ля. 5 з. и. ф-лы, 4 ил. 00

Ф регулирование расхода нескольких потоков текучих сред.

Цель изобретения — расширение функциональных возможностей регулятора путем обеспечения синхронного регулиро1833846 вания одновременно расходов нескольких раздельных потоков одной или нескольких сред.

На фиг. 1 изображена конструкция регулятора с ходовой резьбой на ступице турбины; на фиг, 2 — аналогичная конструкция регулятора с ходовой резьбой на оси; на фиг. 3 — вид по стрелке А на фиг. 1 с.сечением по поперечнику турбин; на фиг, 4 — электрическая схема регулятора.

Синхронный регулятор расхода текучей среды содержит корпус 1 иэ немагнитного материала с полостью 2, входным 3, выходным 4 каналами, расположенные в нем ось

5, закрепленную в подшипниковых опорах

6, 7, дроссельную шайбу 8, профилированный шток 9, взаимодействующий посредством ходового соединения 10 с осью 5, и две турбины 11, 12 с индукционными катушками

13, 14, установленными в области турбин 11, 12, при том ступица 15 первой турбины 11, закреплена на оси 5, ступица 16 второй (12) посредством дополнительной подшипниковой опоры 17 установлена на оси 5 и взаимодействует посредством ходового соединения 18 со штоком 9, а в цепи катушек 13, 14 через трехпозиционный переключатель 19 включены сдвоенный синхронно регулируемый и один или два одинарных регулируемых резистора 20, 21, 22. В корпусе 1 выполнены один или несколько дополнительных каналов 23 с входом 24 и выходом 25, а регулятор снабжен установленными в каждом дополнительном канале 23 дополнительными осью 26, дроссельной шайбой 27, штоком 28, двумя турбинными 29, 30 и подшипниковыми опорами 31, 32, связанными между собой аналогично элементам первого канала 2, т. е, с помощью ходовых соединений 33, 34 и дополнительной подшипниковой опоры.

При этом аналогичные турбины 11, 29 и 12, 30 соседних каналов 2, 23 расположены напротив друг друга и все турбины 11, 12, 29, 30 снабжены бандажами 35 из немагнитного материала и установленными в них с шагом постоянными магнитами 36, 37 четного количества, причем соседние магниты в каждом бандаже 35 обращены к периферии последнего противоположными полюсами.

Штоки 9, 28 связаны с осями 5, 26 посредством ходовой резьбы 10, 33, а ступицы 16 вторых турбин 12, 30 связаны со штоками 9, 28 посредством шлицевых соединений 18, 34. Кроме того, штоки 9, 28 могут быть связаны с осями 5, 26 посредством шлицевого соединения 10, 33, а ступицы 16 наоборот посредством ходовой резьбы 10, 33, Входы

3, 24 и выходы 4, 25 в соседних каналах 2, 23 могут быть расположены с противоположных сторон, при этом ходовые резьбы 10, 33 в соседних каналах 3, 24 имеют противоположное направление. Турбины 12, 12, 29, 30 в каждом канале 2, 23 снабжены дополнительными индукционными катушками 38, 39, 40, 41 с включенными в их цепь измерителями частоты или счетчиками электрических импульсов 42, 43. Измерители 42, 43 включены в цепи катушек 38,39, 40,41 через

"0 двухпозиционные переключатели 44, которые подключают измерители 42, 43 к катушке, которая расположена напротив турбины, вращающейся свободно без торможения.

Турбины в дополнительных каналах могут

15 быть снабжены дополнительными катушками индуктивности (на чертежах не показаны), включенными через трехпозиционный переключатель в цепи сдвоенного и одинарного резисторов 20, 21, 22. Переключатель может быть отдельный или тот же, что и в основном канале 2 (переключатель 19).

Синхронный регулятор расхода работает следующим образом, При положении "а" трехпозиционного переключателя 19 катушки 13, 14 замкнуты через сдвоенный синхронно регулируемый резистор 20. При этом при изменении электрического сопротивления резистора 20 изменяется одновременно и в равной степени

30 .электрический ток, протекающий по катушкам 13, 14. В результате изменяется момент торможения на турбинах 11, 12, а значит и гидравлическое сопротивление канала 2 протекающему потоку жидкости. Таким об35 разом, в положении "а" переключателя 19 осуществляется режим тонкого регулирования расхода за счет одновременного торможения двух турбин. Режим грубого регулирования осуществляется в положени40 ях "б" и "в" переключателя 19, При этом в одном положении к катушке 13 подключается резистор 21, а в другом к катушке 14— резистор 22. В зависимости от того в цепь какой катушки включен резистор происхо45 дит торможение либо турбины 11 либо турбины 12, При различии угловых скоростей вращения турбин 11, 12 происходит перемещение профилированного штока 9 в направлении к дроссельной шайбе 8 или от нее.

50 Направление перемещения определяется тем, какая из турбин тормозится и где выполнена ходовая резьба — на ступице 16 или на оси 5. Например при расположении ходовой резьбы на оси 5 и при торможении

55 турбины 11 (положение "в" переключателя

19) шток 9 будет вращаться быстрее оси 5 и перемещаться при правой резьбе к дроссельной шайбе 8, а при левой — от нее. Таким образом, используя резисторы 21, 22 можно передвигать шток 9, изменяя проходное се1833846 чение канала и регулируя тем самым расход. После грубого регулирования расхода штоком 9 с помощью резистора 20 можно осуществить тонкую подрегулировку расхода, Наличие постоянных магнитов 36, 37 в бандажах 35 всех турбин 11, 12, 29, 30, обращенных в смежных магнитах противоположными полюсами к периферии, обеспечивает синхронизацию вращения всех турбин как в одном, так и в соседних каналах за счет взаимодействия магнитных полей магнитов. Турбины, установленные в одном канале (11, 12 или 29, 30) синхронизируются за счет взаимодействия магнитных полей в зазоре между ними (осевой зазор). Синхронизация турбин в одном канале увеличивает надежность регулирования расхода в канале, т. к. для того, чтобы обеспечить взаимное вращение турбин друг относительно друга, к ним необходимо приложить некоторый момент страгивания, Таким образом компенсируется разность моментов на турбинах, обусловленная погрешностью их изготовления, различной гидродинамикой обтекания лопаток турбин, т. к. первая по потоку турбина обтекается потоком, выходящим из диафрагмы, а вторая — потоком, выходящим из первой турбины, который закручен.

Синхронизация турбин в соседних каналах (например 11, 29 и 12, 30) также осуществляется за счет взаимодействия магнитных полей через стенки корпуса 1, изготовленного из немагнитного материала, Синхронизация вращения турбин в соседних каналах позволяет синхронно регулировать расход в них как грубо (за счет перемещения штоков), так и тонко за счет увеличения гидравлического сопротивления турбин. Заметим. что число магнитов в ободах турбин обязательно должно быть четным. За счет магнитного взаимодействия турбин в соседних каналах аналогичные турбины в разных каналах будут вращаться в противоположных направлениях, т. е. в одном канале — по часовой стрелке. а в другом против часовой стрелки), Если выполнить ходовые соединения в соседних каналах совершенно аналогично, то штоки при регулировании в соседних каналах будут перемещаться в различном направлении (т. е. в одном канале к дроссельной шайбе, а в другом наоборот), чтобы обеспечить одинаковое направление перемещения штоков во всех каналах необходимо в соседних каналах делать ходовые резьбы противоположных направлений, либо в одном канале делать резьбу на оси, а в другом — ка ступице турбины. С точки зрения надежности работы второй вариант лучше, Это связано со сгедующим обстоятельством. Сила сопротивления штока преобразуется в резьбах в разность моментов между турбинами. Учитывая одинаково направление резьб в соседних каналах., а следовательно и одинаковое направление силы сопротивления, разности моментов будут иметь также одинаковое направление. Учитывая разность направления вращения турбин в соседних каналах моменты будут компенсировать друг друга, тем самым снижаться нагрузка на управляющие катушки

41 с включенными в их цепи измерителями частоты и счетчиками электрических импульсов 42, 43 позволяет постоянно получать информацию о скорости вращения турбин и о положении штоков. Измеритель частоты 42 подключается к катушке той турбины, которая в данный момент ке тормозится, и по его показаниям можно судить о расходе среды в данком канале. Т, е. турбина работает аналогично турбинному датчику расхода. Счетчик электрических импульсов

43 подсоединен одним входом к одной дополнительной катушке, а другим — к другой, при этом он регистрирует разность числа электрических импульсов, генерируемых каждой катушкой 42, 43. Если турбины вращаются с одинаковой скоростью показания счетчика нулевые, т. к. число импульсов от каждой катушки одинаково, В этом случае перемещения штока не происходит, При ненулевых показаниях счетчика 43 имеет мес30

35 то разность в скорости вращения турбин одного канала, а следовательно и перемещение штока, Ход штока может быть опре40

45 делен на основе показаний счетчика 43 по формуле:

Лп

1 где Л n — показания дифференциального счетчика электрических импульсов, I — количество лопаток у турбины, g — шаг ходовой резьбы. При отрицательных показаниях счетчика шток перемещается в одну сторону, при положительных — в другую. Таким образом, включение в состав регулятора дополкительных измерительных индукционных катушек 38, 39, 40, 41 с включенными в их цепи измерителями частоты 42 и разности числа электрических импульсов 43 позволяет значительно облегчить регулирование расхода нескольких потоков, т. к. дается информация о расходах и поло50

55 жении штоков вкаждом канале,,Любая неисправность, например заедание штоков, Снабжение всех турбин дополкитель15 ными индукционными катушками 38, 39, 40, 1833846 сразу же обнаруживается по показаниям измерительных приборов.

Снабжение каждого дополнительного канала дополнительными катушками индуктивности (на чертежах не показаны), аналогичными по своим характеристикам регулирующим катушкам 13, 14 основного канала 2 и включенными аналогично им через переключатель 19 в цепи резисторов 20, 21, 22, позволяет при регулировании увеличить тормозящий момент и уменьшить нагрузку на катушки основного канала 2.

Магнитная же связь между турбинами во всех каналах лишь обеспечивает жесткую

10

15 синхронизацию частоты вращения аналогичных турбин в различных каналах. При этом исключается возможность несинхронного вращения турбин в различных каналах за счет возможного разброса электрических

20 и механических параметров катушек и кинематических связей различных каналов.

Предлагаемый регулятор расхода отличается принципиальной новизной, компак- . тен, обеспечивает широкий диапазон ния и синхронизации изменения расходов различных сред в различных каналах, Можно синхронно регулировать изменения расхода в более чем двух каналах, входы различных каналов могут иметь одно направление и различные направления, что также создает компановочные удобства, Регулятор может использоваться в самых раз30

40 личных областях техники, в частности в качестве регулятора соотношения компонентов в химии и энергетике.

Формула изобретения

1. Синхронный регулятор расхода текучей среды, содержащий корпус из немагнитного материала, в полости которого между входным и выходным каналами расположены ось, закрепленная в подшипниковых опорах, дроссельная шайба, профилированный шток, связанный посредством ходового соединения с осью, две турбины, индукционные катушки, установленные в области турбин, при этом ступица первой турбины закреплена на оси, ступица второй турбины посредством дополнительной подшипниковой опоры установлена на оси и связана посредством ходового соединения с профилированным штоком, а в цепи индукцион45

50 регулирования расходов и характеризуется 25 высокой точностью и точностью регулированых катушек через трехпоэиционный переключатель включены сдвоенный синхронно регулируемый и по крайней мере один одинарный регулируемый резисторы, о т л и ч аю шийся тем, что. с целью расширения области применения за счет обеспечения синхронного регулирования одновременно расходов нескольких раздельных потоков одной или нескольких сред, в корпусе выполнена по крайней мере одна дополнительная полость с входным и выходным каналами, в которой установлены дополнительные ось, дроссельная шайба, профилированный шток, две турбины и подшипниковые опоры, связанные между собой аналогично элементам первой полости, при этом аналогичные турбины соседних полостей расположены одна напротив другой, все турбины снабжены бандажами из немагнитного материала и установленными в них с шагом постоянными магнитами четного количества, причем соседние магниты в каждом бандаже обращены к периферии последнего противоположными полюсами.

2; Регулятор по и. 1, о т л и ч а ю щ и йс я тем, что профилированные штоки связаны с осями посредством ходовой резьбы, а со ступицами вторых турбин — посредством шлицевого соединения.

3, Регулятор поп. 1,отл и ч а ю щи йс я тем, что профилированные штоки связаны с осями посредством шлицевого соединения, а со ступицами вторых турбин— посредством ходовой резьбы.

4, Регулятор по пп.2 и3, отл ич а юшийся тем, что входные и выходные каналы в соседних полостях расположены с противоположных сторон, а ходовые резьбы при этом в соседних полостях имеют противоположное направление, 5, Регулятор по и. 1, о т л и ч а ю щ и йс я тем, что турбины в каждой полости снабжены дополнительными индукционными катушками с включенными в их цепь измерителями частоты и счетчиками электрических импульсов, 6. Регулятор по п. 1, о т л и ч а ю щи йс я тем, что турбины в дополнительных полостях снабжены дополнительными катушками индуктивности, включенными через трехпозиционный переключатель в цепи сдвоенного и одинарного резисторов, 1833846

1833846

zo фи?.4

Составитель В,Девисилов

Техред М.Моргентал Корректор Л,Филь

Редактор

Заказ 2685 Тираж Подписное

ВНИИПИ Государственного комитета по изобретениям и открытиям при ГКНТ СССР

113035, Москва, Ж-35, Раушская наб„4/5

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