Устройство для регулирования малых расходов газа и жидкости

 

Изобретение предназначено для регулирования расхода в системах непрерывного дозирования газов и жидкостей при малых абсолютных значениях расходов. Технический результат заключается в упрощении устройства, повышении надежности и улучшении динамических характеристик устройства. Для этого устройство содержит дроссельный канал, регулирующий элемент и источник напряжения, при этом дроссельный канал и регулирующий элемент выполнены в виде тонкостенной капиллярной трубки, концы которой подключены к источнику напряжения. 3 ил.

Предлагаемое устройство предназначено для регулирования расхода в системах непрерывного дозирования газов и жидкостей при малых абсолютных значениях расходов (˜10^-4 ÷10^-1 г/с). В частности, устройство может быть применено в системах подачи газообразных и жидких рабочих тел электрореактивных двигательных установок (ЭРДУ).

В настоящее время известны дроссельные устройства, в которых регулирование расхода при постоянном перепаде давления происходит за счет изменения гидравлического сопротивления проточной части дросселирующего канала (изменения длины или сечения) (см., например, книгу Л.А.Залманзона Проточные элементы пневматических приборов контроля и управления. АН СССР, 1961 г., стр.7.). На фиг.1 приведена одна из конструктивных схем существующих дроссельных устройств.

Как видно из фиг.1, существующие дроссельные устройства состоят из: корпуса 1 с дросселирующим отверстием; регулирующего органа 2, выполненного в виде перемещающегося штока переменного сечения; уплотнения 3, герметезирующего проточную часть дроссельного устройства от внешней среды и выполненного в виде мембраны, сильфона или сальника; и электромагнитного, гидравлического или электрического привода 4, служащего для перемещения регулирующего органа 2.

Указанным дроссельным устройствам присущи следующие недостатки:

1). Конструктивная сложность устройства, связанная с наличием перемещающихся деталей и необходимостью их уплотнения.

2). Технологические трудности изготовления, связанные с наличием малых проходных сечений и высокой точностью обработки сопрягаемых деталей.

3). Необходимость применения электромагнитного, гидравлического и электрического приводов для обеспечения дистанционного управления дроссельными устройствами и при применении их в системах автоматического регулирования.

4). Изменение регулирующих характеристик при длительной работе, связанное с износом сопрягаемых деталей, возникновением люфтов в передачах и т.п.

Указанные недостатки приводят к уменьшению надежности систем регулирования расходов, особенно при длительных временах работы (10 ²÷10⁴ ч).

Целью настоящего изобретения является устранение указанных недостатков и, сооветственно, повышение надежности систем регулирования малых расходов газов и жидкостей при длительных ресурсах.

Согласно изобретению указанная цель достигается путем создания устройства, в котором регулирование расхода газа или жидкости осуществляется за счет изменения их теплофизических свойств.

Предлагаемое устройство показано на фиг.2. Устройство состоит из штуцеров 1, дроссельного канала 2 и клемм 3.

Дроссельный канал 2 выполнен из электропроводящей, тонкостенной трубки с малым проходным сечением и большим удельным электросопротивлением (например, из стали X18H10T Ø 0,5×0,1; Ø 0,6×0,2; 1×0,25 и т.п.). Проходное сечение и длина трубки расчитываются из условия максимального заданного значения массового расхода газа или жидкости, перепада давления на дроссельном канале, давления перед дроссельным каналом и плотности дозирущего газа или жидкости при нормальных условиях по известным методикам (см., например, книгу Видинеева Ю.Д. Автоматическое непрерывное дозирование газов. Издательство "Энергия", 1971 г, стр.71).

С двух сторон к дроссельному каналу приварены штуцера 1, служащие для подсоединения подводящего и отводящего трубопроводов. К штуцерам 1 приварены клеммы 3, служащие для подвода электрического тока к дроссельному каналу.

Изменение расхода газа или жидкости в предлагаемом устройстве осуществляется следующим образом.

Газ или жидкость, проходя через дроссельный канал, нагретый электрическим током, нагреваются, при этом изменяется их вязкость. Известно, что при постоянном сечении дроссельного канала, при ламинарном течение и при условии пренебрежения сжимаемостью среды массовый расход газа или жидкости приближенно определяется уравнением Пуазейля:

где G - массовый расход газа или жидкости,

ΔР - перепад давления на дроссельная канале,

K ₁ - коэффициент, характеризующий геометрию дроссельного канала,

V - вязкость газа или жидкости.

(см., например, книгу В.А.Ференеца Полупроводниковые струйные термоанемометры. Из-во "Энергия", 1972 г., стр.18).

Поскольку вязкость при постоянном давлении зависит от температуры:

где K₂ - коэффициент, характеризующий свойства газа или жидкости,

t - температура газа или жидкости,

то из выражений (1) и (2) следует, что расход газа или жидкости пропорционален их температуре:

При изменении величины электрического тока, проходящего через дроссельный канал, изменяется температура дроссельного канала и, соответственно, температура газа или жидкости, проходящих через дроссельный канал. При этом происходит изменение расхода газа или жидкости.

Предлагаемое устройство имеет следующие преимущества по сравнению с вышеописанными дроссельными устройствами:

1). Высокая надежность и простота конструкции в связи с отсутствием сопрягаемых подвижных элементов и привода для их перемещения.

2). Стабильность регулировочной характеристики.

3). Простота осуществления дистанционного управления и схем автоматического регулирования расходов при использовании устройства в системах непрерывного дозирования газов или жидкостей, обусловленная тем, что изменение расхода осуществляется путем регулирования электрического тока. При этом регулировочная характеристика не зависит от рода электрического тока (переменный или постоянный).

На фиг.3 представлена регулировочная характеристика предлагаемого устройства в виде зависимости массового расхода ксенона от температуры дроссельного канала - G=f(t_др). Там же на фиг.3 представлена зависимость массового расхода ксенона от величины электрического тока, протекающего через дроссельный канал - G=ϕ(I_др).

Как видно из фиг.3, при изменении температуры дроссельного канала с 20 до 550°С расход ксенона изменялся от 3,5 до 1 мг/с, что вполне обеспечивало заданный диапазон регулирования расходов для данного типа движителя.

Энергопотребление устройства, выполненного из нержавеющей трубки Ø 0,6×0,2 мм, длиной 75 мм, составляло при этом не более 3 Вт (электросопротивление дроссельного канала R др.≃0,25 Ом). Дроссельное устройство при этом находилось в вакууме.

Формула изобретения

Устройство для регулирования малых расходов газа и жидкости, содержащее дроссельный канал и регулирующий элемент, отличающееся тем, что с целью упрощения конструкции, повышения надежности и улучшения динамических характеристик устройства, оно содержит источник напряжения, а дроссельный канал и регулирующий элемент выполнены в виде тонкостенной капиллярной трубки, концы которой подключены к источнику напряжения.

РИСУНКИ