Устройство для задания пульсирующего давления
DEVICE FOR SETTING PULSED PRESSURE

Изобретение относится к системам управления или регулирования давления жидкостей и газов, а именно к задатчикам пульсирующего давления, применяемым в технологических процессах и стендах, например, стенде для исследования динамических характеристик датчиков давления.
Актуальность изобретения заключается в отсутствии на рынке устройств для создания пульсирующего давления заданной формы (треугольник, синус, меандр и пр.) с возможностью регулировки параметров пульсирующего давления (частота пульсации, амплитуда) в широком диапазоне.
На данный момент существуют различные устройства для задания пульсирующего давления:
Так, известен пульсатор переменного давления, представленный в п. РФ №2467297. Известный пульсатор быстропеременного давления содержит сильфон, эталонный и калибруемый датчики давления, расположенные внутри рабочей камеры пульсаций давления сильфона, вход эталонного датчика через аппаратуру низкой частоты соединен с вольтметром и осциллографом, при этом выход калибруемого датчика через согласующий усилитель заряда и нормирующий усилитель тоже соединен с вольтметром и осциллографом, и отличается тем, что в устройство введены вибростенд, содержащий стол, блок управления, состоящий из генератора синусоидальных колебаний, схемы подмагничивания, усилителя мощности, а также соединительные элементы в виде шпильки, гайки, основание из дюралюминия, кольцо, скоба, съемный держатель, стакан, резиновое кольцо, два крепежа, причем в блоке управления генератор синусоидальных колебаний, схема подмагничивания, и усилитель мощности соединены между собой, а рабочий стол вибростенда и основание шпилькой и гайкой соединены между собой и с сильфоном, конец сильфона скреплен с кольцом, кольцо скреплено двумя винтами со скобой, причем скоба четырьмя винтами скреплена с вибростендом, внутри рабочей камеры расположен съемный стакан и кольцо скреплено со скобой двумя винтами, пазы съемного держателя находятся между верхней поверхностью скобы и двумя крепежами из стали, крепежи жестко закреплены на поверхности скобы, причем съемный стакан расположен внутри рабочего объема сильфона, между стаканом и кольцом из дюралюминия расположено резиновое кольцо.
Пульсатор переменного давления может использоваться в качестве задатчика пульсаций давления (быстропеременного и звукового давления), для калибровки пленочных и объемных датчиков пульсаций давления. У данного устройства имеются ряд недостатков: узкий диапазон регулировки амплитуды, обусловленный ограниченностью объема сильфона, высокая стоимость оборудования в частности вибростенда.
Наиболее близким по технической сущности к заявляемому представляется устройство для задания переменного пульсирующего давления в рабочем объеме, описанное в п РФ №2614664. Известное устройство для задания переменного/пульсирующего давления в рабочем объеме включает в себя источники высокого и низкого давления, связанные каждый через свой входной вентиль и перепускной узел с рабочим объемом, при этом 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.
Данное устройство имеет ряд недостатков:
- зависимость амплитуды пульсирующего давления от качества изготовления пары статор-ротор (величина зазора);
- возможность заклинивания или износа пары статор-ротор при попадании частиц грязи или пыли, а также при появлении воздушного клина;
- снижение амплитуды пульсирующего давления вследствие потерь на преодоление трения жидкости или газа при движении по длинным перепускным каналам в роторе;
- высокая стоимость изготовления пары статор - ротор;
- необходимость замены вала при смене формы сигнала.
Основная задача заключается в создании устройства задания пульсирующего давления заданной формы (треугольник, синус, меандр и пр.) с возможностью регулировки параметров пульсирующего давления (частота пульсации, амплитуда) в широком диапазоне.
Поставленная задача решается тем, что в устройстве для задания пульсирующего давления, включающем в себя, по меньшей мере один источник давления, связанный через входной вентиль и перепускной узел-преобразователь давления с рабочим объемом, при этом перепускной узел установлен на валу и связан по меньшей мере двумя каналами передачи давления с рабочим объемом, СОГЛАСНО ИЗОБРЕТЕНИЮ, в качестве источника давления использован источник статического давления, перепускной узел представляет собой сменный перфорированный диск, имеющий не менее двух сквозных отверстий, установленный на валу с возможностью осевого перемещения и поджатый с двух сторон в цилиндрическом двухчастевом корпусе, состоящем из крышки и суппорта, в которых имеется не менее двух сквозных перепускных каналов расположенных соосно с отверстиями на перфорированном диске, при этом крышка имеет в продольном сечении Т-образную форму с отверстием под вал, диаметр ее короткой внутренней части, обращенной к суппорту и соединенной с ним посредством трех цилиндрических штифтов, соразмерен с его диаметром, а наружная часть крышки выполнена большей длины и меньшего диаметра и на этой части крышки расположена с опиранием с одного ее конца на внутреннюю короткую часть упругая пружина, второй конец которой поджат снаружи регулировочной гайкой с отогнутыми внутрь с одной ее стороны бортиками, застопоренной со стороны бортиков дистанционным винтом, охватывающей пружину, внутреннюю часть крышки и примыкающую к ней часть суппорта, и фиксируемой второй стороной навинченной на суппорт контргайкой, суппорт имеет со стороны крышки отверстие под вал, установленный в этом углублении на радиальных подшипниках, а с наружной стороны на нем имеется прямоугольная площадка для монтажа, снабженная крепежными отверстиями.
Выполнение устройства с одним источником статического давления упрощает конструкцию, делая ее более надежной. Выполнение перепускного узла в виде перфорированного диска имеющего не менее двух сквозных отверстий, размещенного на валу с возможностью осевого перемещения и поджатого с двух сторон в цилиндрическом двухчастевом корпусе, состоящем из крышки и суппорта, содержащих не менее двух перепускных каналов для передачи давления расположенных соосно с отверстиями перфорированного диска, при Т-образной в продольном сечении форме крышки с отверстием под вал, поджимаемой через диск к суппорту упругой пружиной, фиксируемой снаружи регулировочной гайкой с бортиками, застопоренной дистанционным винтом, охват гайкой внутренней части крышки и примыкающей к ней части суппорта в совокупности с упором второй стороной в контргайку, навинченную на суппорт, суппорт имеющий отверстие под установку в нем вала на подшипниках и прямоугольную площадку снаружи для монтажа с отверстиями, делает конструкцию более герметичной. Плотное прилегание диска к суппорту и крышке исключает возможность загрязнения ее элементов, обеспечивает более длительный срок службы устройства, а также существенно снижает возможность утечки газа через зазор и обеспечивает более точное задание формы пульсирующего давления в рабочей полости устройства.
Технический результат - обеспечение создания пульсирующего давления заданной формы за счет обеспечения герметичности устройства.
Заявляемое устройство обладает новизной в сравнении с прототипом, отличаясь от него такими существенными признаками как использование в качестве источника давления источника статического давления, выполнение перепускного узла в виде перфорированного диска, размещение его на валу с возможностью осевого перемещения и фиксация его в цилиндрическом двухчастевом корпусе, состоящем из крышки и суппорта содержащих не менее двух перепускных каналов для передачи давления расположенных соосно с отверстиями перфорированного диска, выполнение крышки Т-образной формы в продольном сечении с отверстием под вал, выполнение диаметра короткой внутренней части, крышки, обращенной к суппорту и соединенной с ним посредством трех цилиндрических штифтов, соразмерным с диаметром суппорта, выполнение наружной части крышки большей длины и меньшего диаметра, расположение на этой части крышки с заходом с одного ее конца на внутреннюю часть упругой пружины, фиксация второго конца крышки снаружи регулировочной гайкой с отогнутыми внутрь с одной ее стороны бортиками, стопорение ее со стороны бортиков дистанционным винтом, охват гайкой пружины, внутренней части крышки и примыкающей к ней части суппорта, и упора ее второй стороной в навинченную на суппорт контргайку, наличие на суппорте со стороны крышки отверстия под вал, фиксация вала в этом углублении на радиальных подшипниках, наличие с наружной стороны суппорта прямоугольной площадки для монтажа, снабженной крепежными отверстиями, обеспечивающими в совокупности достижение заданного результата.
Заявителю неизвестны технические решения, обладающие указанными отличительными признаками, обеспечивающими в совокупности достижение заданного результата, поэтому он считает, что заявляемое устройство соответствует критерию «изобретательский уровень».
Заявляемое устройство может найти применение в различных отраслях промышленности в технологических процессах, где требуется наличие пульсирующего давления, в лабораторных стендах, например, в стенде для исследования динамических процессов пульсации давления измеряемой среды различной формы (треугольник, синус, меандр и пр.).
Изобретение иллюстрируется чертежами, представленными на:
- фиг. 1 - общий вид сверху;
- фиг. 2 - вид устройства слева;
- фиг. 3 - вид устройства в разрезе;
- фиг. 4 - трехмерная модель сборки задатчика пульсирующего давления в разнесенном виде;
- фиг. 5 - принцип работы задатчика пульсирующего давления.
Заявляемый задатчик давления (фиг. 1-3) содержит крышку 1, перфорированный диск 2, вал 3, суппорт 4, регулировочную гайку 5, контргайку 6, пружину 7, центровочные штифты 8, шариковые радиальные подшипники закрытого типа 9, 10, дистанционный винт 11 и источник 12 статического давления.
Перфорированный диск 2 зафиксирован на валу 3 с возможностью осевого перемещения относительно вала. Фиксация диска в осевом направлении осуществляется при помощи крышки 1, которая упруго прижимает его к суппорту 4, благодаря чему создается герметичный контакт между крышкой, диском и суппортом. Крышка 1 также имеет возможность осевого перемещения относительно суппорта 4, перемещаясь по штифтам 8; упругая связь обеспечивается пружиной 7. Усилие пружины 7 регулируется гайкой 5, которая закручивается по направлению L, прижимая пружину 7 до задания требуемого прижимного усилия, эквивалентного полуторакратному давлению рабочей среды. Далее регулировочная гайка 5 фиксируется контргайкой 6. Для безопасной работы используется дистанционный винт 11. Вал 3 вращается на подшипниках 9,10, которые установлены в суппорте 4.
Принцип работы задатчика основан на следующем (фиг. 5).
В основу конструкции заложен новый револьверный механизм преобразования статического давления в пульсирующее (фиг. 5). В данном устройстве в роли задающего пульсирующее давление элемента выступает перфорированный диск 2. Диск 2 расположен между двумя опорными площадками с перепускными отверстиями. Изменяя форму и расположение отверстий на диске 2 и опорных площадках путем их замены, возможно задавать сигнал с различной формой. Амплитуду сигнала можно менять, подавая от источника 12 меньшее или большее давление. Частотные характеристики задаются изменением частоты вращения диска.
Более конкретно это происходит следующим образом.
В отверстие А, расположенное в крышке 1, подается статическое давление от источника 12. Далее статическое давление по впускному каналу в крышке 1 поступает к перфорированному диску 2 и преобразуется в пульсирующее посредствам вращения перфорированного диска 2 на валу 3 и поступает по каналу в суппорте 4 через отверстие Б в рабочую полость. Из рабочей полости пульсирующее давление стравливается через отверстие В по каналу, расположенному в суппорте 4, далее проходит через отверстие во вращающемся перфорированном диске 2, следует по выпускному каналу в крышке 1 и выходит через отверстие Г. Герметичность конструкции обеспечивается за счет прижатия крышки 1 через перфорированный диск 2 к суппорту 4 при помощи пружины 7 охватываемой регулировочной гайкой 5, которая фиксируется контргайкой 6 и штифтом 11. В результате на выходе обеспечивается более точное задание формы пульсирующего давления в рабочей полости устройства.
В сравнении с прототипом заявляемое устройство является более надежным в работе, и за счет плотного прилегания вращающегося диска к суппорту и крышке обеспечивает более точное задание формы и амплитуды пульсирующего давления в рабочей полости устройства.