Устройство управления расходом текучей среды

 

Использование: гидроавтоматика и измерительная техника в различных отраслях промышленности гидромашиностроение, энергетика, химическая и пищевая промышленность, нефтепереработка, медицина. Сущность изобретения: устройство управления расходом состоит из двух турбин 10 и 11, одна из которых (турбина 10) закреплена на валу 4, а другая установлена на последнем посредством подшипниковой опоры 18. Шток 8 соединен с валом 4 посредством ходовой резьбы 9 и взаимодействует со ступицей 17 турбины 11 через шлицевое соединение 19. В области турбин установлены индукционные катушки 14 и 15, в цепи которых через многоканальные синхронные коммутаторы включены регулируемые резисторы и измерители частоты, электрической мощности и дифференциальный счетчик пульсаций электрического напряжения. Изменяя электрическое сопротивление резисторов, изменяют величину электромагнитного тормозящего момента, действующего на турбины 10 и 11. При разности скорости вращения турбин шток 8 перемещается за счет ходовой резьбы 9 по валу 4 к или от дроссельной шайбы 7, изменяя расход. Более тонкое регулирование расхода осуществляется за счет торможения турбин 10 и 11. По сигналам измерителей частоты судят о величине расхода как в хорошо известных турбинных расходомерах. По показаниям дифференциального счетчика электрических импульсов определяют разность скоростей вращения турбин и положение штока 8. По показаниям измерителя мощности судят о расходе в режиме тонкого регулирования при одновременном торможении двух турбин. 2 ил.

Изобретение относится к гидроавтоматике и расходоизмерительной технике и может быть использовано в различных областях техники, где требуется точное и тонкое регулирование и измерение расхода текучей среды.

Известно устройство управления расходом, содержащее корпус, установленную в нем на валу турбину из магнитного материала и расположенную в области турбины индукционную катушку с включенным в ее цепь переменным резистором [1] Недостатком указанного устройства является сложность управления расходом в связи с отсутствием данных о расходе среды.

Наиболее близким по конструктивным признакам и достигаемому результату к предлагаемому устройству является устройство управления расходом текучей среды, содержащее корпус с входным и выходным патрубками, расположенные в нем вал, закрепленный в подшипниковых опорах, дроссельную шайбу, шток, взаимодействующий посредством ходовой резьбы с валом, и две турбины с лопатками из магнитного материала и индукционными катушками, установленными в области турбин, при этом ступица первой турбины жестко закреплена на валу, а ступица второй через дополнительную подшипниковую опору установлена на последнем и через подвижное шпоночное или шлицевое соединение связана со штоком, а в цепи индукционных катушек через синхронные многоканальные коммутаторы включены одинарный и сдвоенный синхронно регулируемый переменные резисторы [2] Недостатком такого устройства управления расходом среды является сложность управления расходом.

Цель изобретения упрощение управления путем получения данных о расходе среды, положении штока и работоспособности устройства.

На фиг.1 изображена конструкция устройства управления расходом среды; на фиг.2 электрическая схема устройства.

Устройство управления расходом текучей среды содержит корпус 1 с входным 2 и выходным 3 патрубками, расположенные в нем вал 4, закрепленный в подшипниковых опорах 5 и 6, дроссельную шайбу 7, шток 8, взаимодействующий посредством ходовой резьбы 9 с валом 4, и две турбины 10 и 11 с лопатками 12 и 13 из магнитного материала и индукционными катушками 14 и 15, установленными в области турбин 10 и 11, при этом ступица 16 первой турбины 10 жестко закреплена на валу 4, а ступица 17 второй турбины 11 через дополнительную подшипниковую опору 18 установлена на валу 4 и через подвижное шпоночное или шлицевое соединение 19 связана со штоком 8, а в цепи обмоток L1 и L2 индукционных катушек 14 и 15 через многоканальные синхронные коммутаторы S1.1-S1.4 включены одинарный и сдвоенный синхронно регулируемый переменные резисторы R 2, R 1.1 и R 1.2. Устройство снабжено дифференциальным счетчиком 20 пульсаций электрических напряжений, измерителями 21 и 22 частоты пульсаций и электрической мощности соответственно, дифференциальный счетчик 20 пульсаций одним выводом подключен к одной катушке 14, а другим к другой (катушке 15), измеритель 22 мощности включен в цепь одного из резисторов (R 1.1) в составе сдвоенного резистора, синхронные коммутаторы S 1.1-S 1.4 выполнены не менее чем пятиканальными, а их количество равно четырем, при этом сдвоенный резистор R 1.1 и R 1.2 включен в цепи обмоток L1 и L2 индукционных катушек 14 и 15 через первый и второй коммутаторы S 1.1 и S 1.2, одинарный резистор R2 через третий коммутатор S 1.3, а измеритель 21 частоты пульсаций через четвертый коммутатор S 1.4, причем вывод катушки 14 (L1) первой турбины 10 подключен к нулевому каналу первого коммутатора S 1.1, первому каналу третьего коммутатора S 1.3 и второму и четвертому каналам четвертого коммутатора S 1.4, а вывод обмотки L2 катушки 15 второй турбины 11 к нулевому каналу второго коммутатора S 1.2, второму каналу третьего коммутатора S 1.3 и первому и третьему каналам четвертого коммутатора S 1.4. Катушки 14 и 15 имеют сердечники 23 и 24, а подшипниковые опоры 5 и 6 закреплены на пилонах 25 и 26.

Устройство управления расходом текучей среды работает следующим образом.

В начале работы шток 8 находится в крайнем левом положении, при этом расход среды максимален. При замыкании нулевых "0" каналов коммутаторов S 1.1-S 1.4 обмотки L1 и L2 катушек 14 и 15 замыкаются через резисторы R 1.1 и R 1.2. Измеритель 21 частоты пульсаций отключен, а дифференциальный счетчик 20 пульсаций подключен своими входами к обмоткам L1 и L2 катушек 14 и 15. Показания счетчика 20 нулевые.

Режим грубого регулирования расхода.

Положение коммутаторов "1". При этом обмотка L1 катушки 14 замыкается через одинарный резистор R 2, а обмотка L2 катушки 15 через измеритель 21 частоты пульсаций. При уменьшении сопротивления резистора R 2 возрастает ток в обмотке L1, увеличивается выделение тепла в электрической контуре в соответствии с зависимостью Q E²/R, где Е ЭДС, индуктируемая в катушке; R активное электрическое сопротивление контура. В результате турбина 10 тормозится и шток 8 начинает по ходовой резьбе 9 перемещаться к дроссельной шайбе 7, уменьшая расход. Известно, что электрические напряжения, вырабатываемые катушками L1 и L2, имеют примерно синусоидальную форму (см. фиг.3). По частоте этого напряжения можно определить расход среды. Таким образом, по показаниям измерителя 21 частоты пульсаций, который подключен к катушке L2, можно судить о расходе в любой момент времени, т.е. целенаправленно регулировать расход. При одинаковой скорости вращения турбин 10 и 11 показания дифференциального счетчика пульсаций, которые равны Δn=(ω₁-ω₂)iτ (1) где ω₁ и ω₂ угловые скорости турбин 10 и 11; i количество лопаток турбин 10 и 11; τ время регулирования, будут нулевыми. При торможении одной из турбин (10 или 11) скорость одной уменьшится и счетчик 20 даст показания, которые будут пропорциональны ходу штока, равному S= (ω₁-ω₂)Στ, (2) где Σ шаг резьбы. Сравнением формул (1) и (2) можно установить S= Σ. (3) Из формулы (3) видно, что положение штока S∈ [0,S_max] однозначно определяется показаниями дифференциального счетчика 20 пульсаций Δh∈[0,Δh_max] При положении "2" коммутатора обмотка L 2 катушки 15 замыкается через одинарный резистор R 2, а обмотка L 1 катушки 14 через через измеритель 21 частота пульсаций. При уменьшении сопротивления резистора R2 турбина 11 тормозится и шток 8 пеpемещается от дроссельной шайбы 7, увеличивая расход. Это фиксируется по уменьшению показаний Δ n, так как ω₁<ω₂ Таким образом, в положении коммутаторов S 1.1-S 1.4 осуществляется грубое регулирование расхода посредством дроссельного устройства с получением необходимой информации о положении штока по показаниям дифференциального счетчика 20 пульсаций электрических напряжений и расходе среды по показаниям измерителя 21 частоты пульсаций, который в положении "1" подключен к катушке 15, а в положении "2" к катушке 14, т.е. к катушке той турбины, которая вращается свободно (не тормозится).

Режим точного замера расхода.

В режиме грубого регулирования расхода последний измеряется с пониженной точностью, так как турбина тормозится трением в ходовой резьбе. Более высокую точность измерения обеспечивает положение "3" или "4" синхронного коммутатора, так как в этих положениях обмотки L 1 и L 2 катушек 14 и 15 отключены от резисторов, турбины не тормозятся и шток 8 по резьбе не перемещается. Для точного измерения (режим обычного турбинного датчика расхода) используются два положения коммутатора для повышения надежности, когда одна из катушек или цепей выйдет из строя.

Режим тонкого регулирования.

Режим осуществляется при положении "0" коммутатора. При этом расход измеряется по показаниям измерителя 21 частоты пульсаций или по предыдущим показаниям дифференциального счетчика 20, определяющего положение штока 8, и известным характеристикам системы шток-дроссельная шайба. Изменение расхода осуществляется регулированием сопротивления синхронного сдвоенного резистора R 1.1 и R 1.2. При этом одновременно тормозятся обе турбины 10 и 11, увеличивается гидравлическое сопротивление и падает расход, причем изменение расхода пропорционально показаниям измерителя 22 мощности, который включен в цепь одного из сдвоенных резисторов R 1.1.

При глубоком регулировании расхода обычно вначале используется положение "1" или "2" коммутатора S 1.1-S 1.4, при которых происходит перемещение штока 8 к шайбе 7 (уменьшение расхода) или от нее (увеличение расхода), при этом расход контролируется по показаниям измерителя 21 частоты, а положение штока 8 по показаниям дифференциального счетчика 20. Затем в положении "0" коммутатора осуществляется тонкая подрегулировка расхода, при этом расход контролируется по показаниям измерителя 21 частоты, а его изменение по показаниям измерителя 22 мощности. После этого точный контроль расхода осуществляется в одном из положений "3" или "4" коммутатора. В случае необходимости осуществляется дополнительная подрегулировка в положении "0" коммутатора. В положении "3" или "4" устройство может работать как обычный турбинный датчик расхода повышенной надежности, так как обе турбины дублируют друг друга.

Таким образом, предлагаемое устройство по сравнению с прототипом обладает более широкими функциональными возможностями, обеспечивает упрощение управления расходом, так как при изменении расхода контролируется его величина, а также положение штока. Кроме того, всякое нарушение в работе устройства и выход из строя его отдельных элементов могут быть определены по показаниям включенных в его цепи измерительных приборов.

Формула изобретения

УСТРОЙСТВО УПРАВЛЕНИЯ РАСХОДОМ ТЕКУЧЕЙ СРЕДЫ, содержащее корпус с входным и выходным патрубками, расположенные в нем вал с дроссельной шайбой, закрепленный в подшипниковых опорах, шток, взаимодействующий посредством ходовой резьбы с валом, и две турбины с лопатками из магнитного материала и индукционными катушками, установленными в области турбин, при этом ступица первой турбины жестко закреплена на валу, а ступица второй турбины через дополнительную подшипниковую опору установлена на последнем и через подвижное шпоночное или шлицевое соединение связана со штоком, а в цепи индукционных катушек через первый и второй многоканальные синхронные коммутаторы включен сдвоенный синхронно регулируемый переменный резистор, через третий многоканальный синхронный коммутатор включен одинарный переменный резистор, отличающееся тем, что оно снабжено дифференциальным счетчиком пульсаций электрических напряжений, измерителем частоты пульсаций, измерителем электрической мощности и четвертым многоканальным синхронным коммутатором, многоканальные синхронные коммутаторы выполнены не менее чем пятиканальными, при этом дифференциальный счетчик пульсации электрических напряжений одним выводом подключен к одной индукционной катушке, а другим к другой, измеритель электрической мощности включен в цепь одного из резисторов в составе сдвоенного синхронно регулируемого резистора, а измеритель частоты пульсаций включен в цепи индукционных катушек через четвертый многоканальный синхронный коммутатор, причем вывод индукционной катушки первой турбины подключен к нулевому каналу первого многоканального синхронного коммутатора, первому каналу третьего и второму и четвертому каналам четвертого многоканальных синхронный коммутаторов, а вывод индукционной катушки второй турбины к нулевому каналу второго, второму каналу, третьего и первому и третьему каналам четвертого многоканальных синхронных коммутаторов.

РИСУНКИ

Рисунок 1, Рисунок 2