УСТРОЙСТВО ДЛЯ ЗАДАНИЯ ПЕРЕМЕННОГО/ПУЛЬСИРУЮЩЕГО ДАВЛЕНИЯ В РАБОЧЕМ ОБЪЕМЕ
DEVICE FOR SETTING ALTERNATING/PULSATING PRESSURE IN WORKING VOLUME

Изобретение относится к метрологическому оборудованию обеспечения приборов давления и может применяться для формирования переменного или пульсирующего давления в ограниченном объеме с целью обеспечения заданного технологического процесса, например для исследования динамических характеристик приборов измерения и контроля давления.
Известна установка для задания давления в контролируемом объеме, описанная в патенте США №5142483.
Известная установка содержит источник газа, связанный через входной пневморегулятор расхода с параллельно соединенными "быстрым" и "медленным" впускными клапанами, выходы впускных клапанов соединяются с рабочей камерой, в которой регулируется давление, и со входами параллельно соединенных "быстрого" и "медленного" выходных клапанов, выходы которых подключаются в выходному пневморегулятору расхода, соединенному с атмосферой или с источником вакуума, в рабочей камере установлен датчик давления, выход входного пневморегулятора расхода соединен со входом выходного через дроссель в обход клапанов и рабочей емкости.
Установка и поддержание давления на заданном уровне в известной установке выполняется посредством поочередного открывания и закрывания «быстрых» и «медленных» клапанов и ограничением перепада давления на впускных и выпускных клапанах посредством регуляторов расхода, что ограничивает возможности формирования переменного или пульсирующего давления.
Недостатком также является конструктивная сложность установки регулирования, обусловленная сложной конструкцией некоторых входящих в нее элементов (например, пневморегуляторов расхода).
Наиболее близкой к заявляемому устройству по технической сущности является установка для задания давления в контролируемом объеме, описанная в патенте РФ №2319126, кл. G01L 27/02, G05D 16/00, заявл. 09.08.2006 г., опубл. 10.03.2008 г., и выбранная в качестве прототипа.
Известная установка для задания давления в контролируемом объеме содержит рабочую емкость, снабженную датчиком давления и связанную с контролируемым объемом, схему регулирования, включающую трубопроводную магистраль для прохождения газа, впускные и выпускные клапаны, а также систему управления, и отличается тем, что схема регулирования включает в себя последовательно соединенные входную группу клапанов, предварительную емкость и группу перепускных клапанов, при этом входная группа клапанов состоит из 3-х соединенных звездой клапанов: впускного, соединенного с источником высокого давления, выпускного, соединенного с источником низкого давления или с атмосферой, и отсечного, соединенного с предварительной емкостью, снабженной вторым датчиком давления, группа перепускных клапанов состоит из 2-х соединенных последовательно клапанов, подключенных через трубопроводную магистраль к рабочей и предварительной емкостям, а система управления соединена с датчиками и клапанами.
Конструктивно известная установка для задания давления в контролируемом объеме содержит последовательно соединенные входной вентиль 1, схему 2 регулирования, включающую последовательно соединенные входную группу 3 клапанов, предварительную емкость 4, группу 5 перепускных клапанов и рабочую емкость 6, выходной вентиль 7, а также систему 8 управления. Входная группа 3 клапанов содержит соединенные звездой впускной клапан 9, подключенный к источнику 10 высокого давления, выпускной клапан 11, подключенный к источнику 12 низкого давления или сообщающийся с атмосферой, и отсечной клапан 13, соединенный с предварительной емкостью 4, снабженной датчиком 14 давления. Предварительная емкость 4 соединена через последовательно соединенные перепускные клапаны 15 и 16 с рабочей емкостью 6, снабженной датчиком 17 давления. Рабочая емкость 6 через выходной вентиль 7 соединена с контролируемым объемом 18.
Известная установка включает также трубопроводную магистраль 19 и систему 8 управления, связанную со всеми клапанами и датчиками давления.
В рабочей емкости 6 поддерживается целевое давление, контролируемое прецизионным датчиком 17 давления. Управление давлением в рабочей емкости 6 осуществляется с помощью группы 5 перепускных клапанов, которая состоит из двух клапанов 15 и 16. При этом клапаны 15 и 16 в группе 5 могут открываться одновременно при необходимости больших изменений давления в рабочей емкости 6 или с перекрытием по времени, если требуется малое изменение давления в рабочей емкости 6 и необходимое эффективное время открытого состояния клапанов меньше, чем фактическое время их срабатывания. При этом минимальное изменение давления в рабочей емкости 6 при определенном перепаде давления на группе 5 ограничивается "мертвым" объемом соединений между клапанами 15 и 16, следовательно, этот объем должен быть минимальным.
Целевое давление в предварительной емкости 4 определяется из необходимого перепада давлений на группе 5 перепускных клапанов, целевого и текущего давления в рабочей емкости 6. Управление давлением в предварительной емкости 4 осуществляется входной группой 3 клапанов, состоящей из впускного 9, выпускного 11 и отсечного 13 клапанов. При этом два клапана (впускной и отсечной или выпускной и отсечной) в этой группе открываются либо одновременно, если необходимы большие изменения давления в предварительной емкости 4, или с перекрытием по времени, если требуется малое изменение давления в предварительной емкости 4 и необходимое эффективное время открытого состояния клапанов меньше, чем фактическое время их срабатывания. При необходимости увеличения давления в предварительной емкости 4 работают впускной и отсечной клапаны 9 и 13, при необходимости уменьшения - выпускной и отсечной клапаны 11 и 13.
Управление клапанами, измерение давления и вычисление необходимых времен открытия клапанов осуществляет система 8 управления.
От источников 10 и 12 входного давления устройство может отсекаться с помощью входного вентиля 1, а от контролируемого объема 18 - выходным вентилем 7.
Недостатком известной установки является следующее.
Наличие в установке одной предварительной (технологической) емкости не позволяет разделить направления напуска и сброса сжатого газа из контролируемого объема, что замедляет скорость задания целевого давления в контролируемом объеме и затрудняет формирование пульсирующего давления заданных параметров.
Задачей является обеспечение возможности получения пульсирующего или переменного давления при упрощении схемы устройства.
Поставленная задача решается тем, что в устройстве для задания переменного/пульсирующего давления в рабочем объеме, включающем в себя источники высокого и низкого давления, связанные каждый через свой входной вентиль и перепускной узел с рабочим объемом, согласно изобретению входные вентили выполнены регулируемыми, а перепускной узел представляет собой цилиндрический вентиль с ротором, имеющим возможность вращения с различной частотой, снабженный, по меньшей мере, двумя каналами передачи давления, расположенными в одной или нескольких плоскостях, каждый из которых соединен с одним входным регулируемым вентилем и рабочим объемом.
Выполнение перепускного узла в виде цилиндрического вентиля с ротором, имеющим возможность вращения и снабженным, по меньшей мере, двумя каналами передачи давления, расположенными в одной или нескольких плоскостях, соединенными через регулируемые вентили с источниками давления, позволяет регулировкой пропускной способности регулируемых вентилей в соответствии с установленной скоростью вращения ротора формировать в рабочем объеме давление заданной формы и частоты при достаточно простой конструкции устройства.
Технический результат - обеспечение возможности формирования давления заданной формы - практически от меандра до синусоиды в широком диапазоне частот - от долей герца до сотен герц.
Заявляемое устройство обладает новизной в сравнении с прототипом, отличаясь от него такими существенными признаками, как выполнение входных вентилей регулируемыми, перепускного узла в виде цилиндрического вентиля с ротором, имеющим возможность вращения с различной частотой, и снабженного, по меньшей мере, двумя каналами передачи давления, расположенными в одной или нескольких плоскостях, каждый из которых соединен с одним входным регулируемым вентилем и рабочим объемом, обеспечивающими в совокупности достижение заданного результата.
Заявителю неизвестны технические решения, обладающие указанными существенными признаками, обеспечивающими в совокупности достижение заданного результата, поэтому он считает, что заявляемое устройство соответствует критерию «изобретательский уровень».
Изобретение может найти применение в метрологическом оборудовании обеспечения приборов измерения и контроля параметров технологических процессов в химической, биохимической и других отраслях промышленности, а потому соответствует критерию «промышленная применимость».
Изобретение иллюстрируется чертежом, где представлена функциональная схема устройства.
Устройство содержит источники 1 и 2 высокого и низкого давления, выходы которых через регулируемые (например, игольчатые) вентили 3 и 4 соединены соответственно с первым и вторым входами роторного вентиля 5, выходы которого соединены с первым и вторым входом рабочего объема 6. К выходу рабочего объема 6 подключен контрольный датчик 7 давления. При этом роторный вентиль 5 может иметь два или больше каналов 8 передачи давления, расположенных в одной или нескольких плоскостях (сечениях). Диаметр D ротора вентиля определяется количеством n каналов и диаметром d каналов, в частности, по формуле: D=d/sin (360°/8n). Частота вращения ротора может меняться с помощью привода (на чертеже не показан).
Устройство работает следующим образом.
При вращении ротора роторного вентиля 5 каналы 8 передачи давления через регулируемые вентили 3 и 4 поочередно соединяют входы рабочего объема 6 с источниками 1 или 2 высокого или низкого давления. При этом скорость изменения давления в рабочем объеме 6 определяется угловой скоростью вращения ротора роторного вентиля 5 и коэффициентом пропускной способности регулируемых вентилей 3 и 4, что позволяет регулировкой коэффициента расхода вентилей 3 и 4 в соответствии с установленной скоростью вращения ротора формировать в рабочем объеме 6 давление заданной формы (практически от меандра до синусоиды) и частоты. При этом каждая пара каналов 8 передачи давления за один оборот ротора 5 формирует два периода колебания давления.
В сравнении с прототипом заявляемое устройство обеспечивает формирование пульсирующего или переменного давления при весьма простой его схеме.