Регулятор расхода для программного запуска энергоустановки

 

Изобретение относится к области гидроавтоматики и может быть использовано, например, в системах автоматического управления энергоустановками, в частности ЖРД. Целью изобретения является улучшение эксплуатационных характеристик регулятора расхода, которые проявляются в период запуска энергетической установки. Регулятор обеспечивает программное изменение расхода рабочей жидкости в период нарастания давления во входном патрубке. Регулятор расхода состоит из корпуса 1 с патрубками входа 2 и выхода 3, размещенных в корпусе подпружиненного плунжера 6, дросселя переменного сечения с управляющим штоком 10 и каналов 12, 13, сообщающих полости дросселя с полостями плунжера. Улучшение эксплуатационных свойств регулятора расхода достигается тем, что в корпусе размещена междужиклерная камера 20, входной жиклер 23 которой сообщен каналами с полостью патрубка, выходной жиклер 26 сообщен с полостью 22 низкого давления, при этом входной жиклер 23 образован стенками штока и корпуса, а на штоке 10 размещен подпружиненный поршень 15, образующий со стенками корпуса подпоршневую полость 16, сообщенную жиклерным каналом 17 с надпоршневой полостью 18. Концевая часть штока выполнена из двух кинематически связанных частей, одна из которых, образующая стенку 24 входного жиклера 23, выполнена подвижной и подпружинена, а на другой закреплен упор 29, ограничивающий перемещение подвижной части штока. 1 з. п. ф-лы, 1 ил.

Изобретение относится к гидроавтоматике и может быть использовано, например, в системах автоматического управления энергоустановками, в частности ЖРД.

Известный регулятор расхода содержит корпус с патрубками входа и выхода и размещенный в корпусе подпружиненный плунжер [1] Недостатком регулятора является то, что в период запуска энергетической установки не удается с помощью регулятора обеспечить заданную программу изменения расхода рабочей жидкости, так как давление во входном патрубке нарастает по произвольному закону от нулевого до номинального значения.

Известен регулятор расхода, содержащий корпус с патрубками входа и выхода и установленный в корпусе подпружиненный плунжер, дроссель переменного сечения с управляющим штоком (валиком) и каналами, сообщающими полости дросселя с полостями плунжера [2] В пусковой период расходной характеристикой регулятора можно управлять с помощью штока, однако для этого необходима сложная система управления с электроприводом, датчиками, линиями передачи сигналов и т.д. Кроме того, систему сложно реализовать из-за необходимости обеспечения высокого быстродействия.

Целью изобретения является устранение указанного недостатка регулятора расхода и введение в регулятор конструктивных элементов, с помощью которых можно было бы обеспечить автоматическое управление по заданной программе расходом в период нарастания давления во входном патрубке.

Указанная цель достигается тем, что в регуляторе расхода, содержащем корпус с патрубками входа и выхода и размещенные в корпусе подпружиненный плунжер, дроссель переменного сечения с управляющим штоком, каналы, сообщающие полости дросселя с полостями плунжера, в корпусе выполнена междужиклерная камера, входной жиклер которой сообщен каналами с входной полостью патрубка, выходной жиклер сообщен с полостью низкого давления, при этом входной жиклер образован стенками штока и корпуса, а на штоке размещен подпружиненный поршень, образующий со стенками корпуса подпоршневую полость, сообщенную жиклерным каналом с надпоршневой полостью.

Концевая часть штока выполнена из двух кинематически связанных частей, одна из которых образующая стенку входного жиклера, выполнена подвижной и подпружинена, а на другой закреплен упор, ограничивающий перемещение подвижной части штока.

Совокупность указанных признаков позволяет в предлагаемом регуляторе расхода автоматически обеспечить заданную программу изменения расхода при переменном давлении во входном патрубке. В качестве командного сигнала для включения программы используется заданный уровень давления в патрубке.

Таким образом, предлагаемое решение соответствует критерию "изобретательский уровень".

Конструкция предлагаемого регулятора расхода представлена на чертеже.

Регулятор состоит из корпуса 1 с патрубками входа 2 и выхода 3. В корпусе установлены стакан 4 с окном 5, плунжер 6, пружина 7. В стакане закреплена крышка 8, разделяющая полости с разным давлением. Кромка 9 плунжера образует со стенкой корпуса 1 дросселирующее сечение.

В корпусе 1 размещены управляющий шток 10 с профилированной иглой 11, образующей с кромками окна 5 дроссель переменного сечения. Полости до и после дросселя каналами 12 и 13 сообщаются с полостями поршня 14 плунжера 6.

На штоке 10 выполнен поршень 15, образующий со стенками корпуса подпоршневую полость 16, сообщенную через жиклерный канал 17 с надпоршневой полостью 18. В исходном положении шток 10 удерживается пружиной 19.

В корпусе размещена междужиклерная камера 20, сообщенная полостью 18 и каналом 21 с полостью патрубка 2 и каналом 22 с полостью низкого давления.

Входной жиклер 23 камеры 20 образован стенкой 24 штока и стенкой 25 корпуса. Выходной жиклер 26 камеры 20 установлен на входе в канал 22 низкого давления.

Нижняя концевая часть штока может быть выполнена или цельной (на фиг.1 этот вариант конструкции не изображен), или из двух кинематически связанных частей, одна 27 из которых подвижная и удерживается пружиной 28, а на другой закреплен упор 29, ограничивающий перемещение подвижной части штока.

Регулятор работает следующим образом.

Рабочая жидкость поступает в патрубок входа 2, перетекает через окно 5 и вытекает через патрубок 3.

Регулятор обеспечивает программное изменение расхода m рабочей жидкости в период нарастания давления Р_вх во входном патрубке и поддерживает расход постоянным на номинальном режиме.

Поддержание постоянства расхода происходит следующим образом.

При протекании жидкости через окно 5 возникает перепад давлений Δр, который через каналы 12 и 13 действует на поршень 14, вызывая его перемещение.

Сила пружины 7 выбирается при настройке регулятора такой, чтобы уравновесить силу, действующую на поршень 14 при заданном расходе рабочей жидкости, заданном положении штока 10 и заданном положении дросселирующей кромки 9 относительно стенки корпуса 1.

Если в настроенном регуляторе расход рабочей жидкости отклоняется от заданного значения, например уменьшается, то снижается перепад давлений на окне 5 и, следовательно, уменьшается сила, действующая на поршень 14. В результате под действием пружины 7 поршень 14 перемещается и кромка 9 открывает проходное сечение выходного канала. Расход через регулятор возрастает. При увеличении расхода рабочей жидкости сверх заданного значения регулятор работает аналогично описанному выше.

Программное изменение расхода рабочей жидкости в период нарастания давления во входном патрубке достигается следующим образом.

Из входного патрубка 2 небольшая часть рабочей жидкости перетекает через канал 21, полости 18 и 20 в канал 22. При этом за счет жиклера 23 давление в полости 20 снижается и на шток 10 действует сила от перепада давлений между полостями 18 и 20. Силой пружины 19 шток удерживается на упоре 30, поэтому регулятор ограничивает величину протекающего расхода заданной величиной, действуя как было описано выше при поддержании постоянства расхода.

Программное изменение расхода происходит при изменении проходной площади окна 5. Последнее обеспечивается перемещением штока 10 при достижении входным давлением Р_вх некоторого заданного значения Р_вх Р₁. В этот момент сила F становится больше силы пружины 19 и шток начинает перемещаться до упора в торец стенки 25, при этом рабочая жидкость перетекает из полости 18 в полость 16 через жиклерный канал 17, время перемещения штока из положения "закрыто" в положение "открыто" достигается выбором проходного сечения жиклера 17 и составляет, например, 0,1 с. Профилированием иглы 11 достигается необходимая программа изменения площади проходного сечения окна 5 по ходу штока 10.

Так как быстродействие плунжера 6 на порядок выше быстродействия штока 10 (постоянная времени плунжера менее 0,01 с), то для каждого положения штока заданная величина расхода, протекающего через регулятор, обеспечивается таким же образом, как описано для поддержания расхода постоянным при неподвижном штоке.

В регуляторе, предназначенном для управления большими расходами рабочей жидкости (10-50 кг/с и более), дроссель переменного сечения представляет собой более сложную конструкцию, чем та, которая представлена на чертеже. Такой дроссель состоит, например, из барабана с профильными окнами, кинематически связанного с управляющим штоком.

В этом случае для повышения надежности перемещения штока 10 путем увеличения перемещающей силы используется легкоподвижная часть 27 штока.

При Р_вх Р₁ под действием перепада давлений на жиклере 23 подвижная часть 27 штока смещается до упора 29, преодолевая силу пружины 28, при этом проходное сечение жиклера 23 уменьшается. В результате перепад давлений на жиклере 23 увеличивается и возрастает сила F, перемещающая шток.

В качестве командного сигнала для включения программного изменения расхода может быть использован заданный уровень давления во входном или выходном патрубке. В последнем случае необходимо соединить каналом 21 полость 18 с патрубком 3. Тот или иной вариант отбора командного сигнала определяется особенностями энергетической установки.

Применение изобретения, например в ЖРД, позволит повысить надежность ДУ устранением температурных забросов в газовом тракте путем оптимизации топливопитания камер сгорания в процессе запуска.

Формула изобретения

1. РЕГУЛЯТОР РАСХОДА ДЛЯ ПРОГРАММНОГО ЗАПУСКА ЭНЕРГОУСТАНОВКИ, содержащий корпус с патрубками входа и выхода и размещенные в корпусе подпружиненный плунжер, дроссель переменного сечения с управляющим штоком, каналы, сообщающие полости дросселя с полостями плунжера, отличающийся тем, что в корпусе выполнена междужиклерная камера, входной жиклер которой сообщен каналами с полостью патрубка, выходной жиклер сообщен с полостью низкого давления, при этом входной жиклер образован стенками штока и корпуса, а на штоке размещен подпружиненный поршень, образующий со стенками корпуса подпоршневую полость, сообщенную жиклерным каналом с надпоршневой полостью.

2. Регулятор по п. 1, отличающийся тем, что концевая часть штока выполнена составной из двух кинематически связанных частей, одна из которых, образующая стенку входного жиклера, выполнена подвижной и подпружинена, а на другой закреплен упор, ограничивающий перемещение подвижной части штока.

РИСУНКИ

Рисунок 1