ЦИФРОВОЙ ДОЗАТОР РАБОЧЕЙ СРЕДЫ

Полезная модель относится к машиностроению, а именно к средствам цифрового дозирования рабочей среды (жидкости, газа, пара) и может быть применено в различных областях техники (металлургии и др.), в том числе в авиационно-космической при использовании в силовых установках, работающих на углеводородном эндотермическом топливе.
Известно устройство для дозирования расхода рабочей среды в патенте США №4019533 кл. 137/599, 1977 г. Устройство содержит разделительную перегородку входа и выхода, запорные клапана и электромагнитные клапана управления. Главное отличие от предлагаемого авторами предложения является невозможность его использования, когда регулируемая рабочая среда имеет высокую температуру Т>350°С или существенно низкую отрицательную температуру.
Более близким к заявленному устройству является патент РФ №2114457 от 1998 г. Известное устройство содержит электронный блок управления, блок преобразователя электрического сигнала в пневматический, блок сравнения давления рабочей среды с давлением пневмосигнала, блок пневмопитания, коммуникационные электрическую и пневматическую шины. Однако его применение в условиях, когда рабочая среда имеет высокую температуру, также невозможно, так как промышленность выпускает электромагнитные клапана типа МКТ, рассчитанные на рабочую температуру Т≤350°С.
Предлагаемый дозатор отличается от прототипа тем, что блок преобразователя содержит множество, в соответствии с выбранной разрядностью, установленных в корпусе подпружиненных игл двухстороннего действия, электрически связанных посредством электромагнитных обмоток с электронным блоком управления, а блок сравнения имеет в своем корпусе такое же множество в соответствии с
выбранной разрядностью и ступенчатостью размеров проходных сечений дозирующих дросселей и такое же количество запорных летающих мембран, конструктивно связанных с разделительными сильфонами, расположенными между двумя ограничительными стаканами. Цифровой дозатор также отличается тем, что мембраны выполнены из термостойкого материала, например, из армированного графита.
Предлагаемый дозатор решает задачу управления расходом или давлением рабочей среды с высокой температурой (или существенно низкой температурой).
Техническим результатом, достигаемым предлагаемым устройством, является высокая точность и быстродействие в работе.
Технический результат обеспечивается тем, что цифровой дозатор рабочей среды содержит электронный блок управления, блок преобразователя электрического сигнала в пневматический, блок сравнения давления рабочей среды с давлением пневмосигнала, блок пневмопитания, коммуникационные электрическую и пневматическую шины, при этом блок преобразователя содержит множество, в соответствии с выбранной разрядностью, установленных в корпусе подпружиненных игл двухстороннего действия, электрически связанных посредством электромагнитных обмоток с электронным блоком управления, а блок сравнения имеет в своем корпусе такое же множество в соответствии с выбранной разрядностью и ступенчатостью размеров проходных сечений дозирующих дросселей и такое же количество запорных летающих мембран, конструктивно связанных с разделительными сильфонами, расположенными между двумя ограничительными стаканами.
Технический результат также обеспечивается тем, что мембраны выполнены из термостойкого материала, например, из армированного графита.
Устройство дозатора поясняется графически, где на фигуре 1 показана его общая схема, на фигуре 2 показан дозатор при отсутствии подачи рабочей среды к объекту управления, на фигуре 3 - тоже, при подаче рабочей среды к объекту управления.
Дозатор состоит из следующих основных элементов: блока 1 электронной управляющей машины (ЭВМ), блока преобразователя 2 электронных команд в пневматические, блока пневмопитания 3, блока сравнения 4, электрической шины 5, пневматической шины б и магистрали подачи рабочей среды 7 к объекту управления. Блок преобразователя 2 и блок сравнения 4 состоят из однотипных элементов, показанных на фигурах 2 и 3, где в блоке сравнения 4 дозирующие дроссели 8 отличаются друг от друга в каждом разряде размером своего проходного сечения в соответствии с выбранным кодом ступенчатости последующих разрядов. Элементы блока преобразователя 2 содержит в своем корпусе 9 стержень 10 с иглами двухстороннего действия 11 и 12, с пружиной 13 и электромагнитной обмоткой 14, электрически связанной на
клеммах 15 с блоком 1 (ЭВМ). Игла 11 открывает или закрывает седло 16. Игла 12 открывает или закрывает седло 17. Канал 18 связывает полость 19 с блоком пневмопитания 3. Канал 20 связывает внутреннюю полость 21 с атмосферным воздухом. Элементы блока сравнения 4 содержат в корпусе 22 дозирующие дроссели 8 с разными размерами их проходных сечений в соответствии с выбранным кодом ступенчатости, запорные летающие мембраны 23, которые открывают или закрывают седло 24, разделительный сильфон 25, ограничительные стаканы 26 и 27, которые предотвращают боковые деформации сильфона 25 при большом перепаде давлений на внешней и внутренней его сторонах. Крышка 28 с отверстием 29 связывают внутреннюю полость сильфона 30 с отверстиями 16 и 17 элемента преобразователя 2.
Команда управления задается блоком 1 электронной вычислительной машиной. Задаваемые команды в цифровом коде управления поступают по электрической шине 5 в блок преобразователя 2, размещаемом в холодной части системы с температурой Т<350°С. Преобразование электрических сигналов ЭВМ в пневматические осуществляется с помощью множества электромагнитных клапанов, к которым подводится рабочее тело, воздух или нейтральный газ, под постоянным давлением из блока пневмопитания 3 при открытом кране 31 из емкости 32 или от компрессора. Давление воздуха должно быть больше давления рабочей среды, поступающей к блоку сравнения 4, который может размещаться в горячем потоке рабочей среди объекта управления. Постоянное давление воздуха обеспечивается редуктором 33.
p.cp.
р.ср.max
р.ср.min
p.cp
p.cp.
При работе устройства так регулятора давления его погрешность работы зависит от уровня назначаемого перепада давлении на мембране 23, а также от, величины расхода рабочей среды на наименьшем разряде дозатора. На фигурах 2 и 3 представлены схемы работы однотипных элементов, из которых состоят в каждом разряде блок преобразователя 2 и блок сравнения 4 в их взаимосвязи. Связь между блоком преобразователя 2 и блоком сравнения 4 осуществляется пневматической шиной 6. Размер проходного сечения дросселя 8 для каждого разряда определяется в соответствии с выбранной ступенчатостью изменения расхода рабочей среды ΔG на каждом разряде с учетом погрешности δ. Потребное же целое число дискретных величин расхода во всем диапазоне управления соответствует выражению N=(G-G)/ΔG. Минимальный расход определяется наименьшим разрядом. Максимальный расход соответствует включению в работу всех разрядов устройства. Величина расхода рабочей среды, размер проходного сечения дросселей 8 и величина давления на каждом разряде определяется для жидкой рабочей среды формулой  для газовой среды при критическом перепаде давлений β=Pd/P≤0,528 зависимостью
d
р.ср.
а при докритическом перепаде давлений β=P/Р≥528 зависимостью
d
где μ - коэффициент расхода, f - проходное сечение дозирующего дросселя 8, ρ - плотность, ΔР - перепад давлений на дросселе 8, k - показатель адиабаты, p-давление за дозирующим дросселем 8.
При выбранной схеме цифрового дозирующего устройства его работа базируется на следующем принципе. При отсутствии напряжения на обмотках электромагнитных клапанов игла 11 держит отверстие 16 раскрытым, а игла 12 держит отверстие 17 закрытым. В результате мембрана 23 при давлении воздуха из магистрали 18 большем, чем давление рабочей среды в магистрале 34 держит отверстие седла 24 закрытым, не позволяя рабочей среде проходить через дозирующий дроссель 8 к объекту управления по магистрали 7. При появлении электрического сигнала от блока 1 ЭВМ на клеммах 15 обмотки 14 электромагнитного клапана игла 11 закрывает отверстие 16, а игла 12 открывает отверстие 17. При этом мембрана 23, вследствие падения давления во внутренней полости сильфона 30 да атмосферного, открывает проход рабочей среды через дроссель 8 к магистрали 7 объекта управления. Мембрана 23 для обеспечения высокой надежности работы устройства, исключающего спекание при высоких температурах контактных поверхностей мембраны и седла, изготавливается из армированного графита.
Применение предлагаемого комбинированного электронно-пневматического цифрового дозирующего устройства рабочей среды позволяет обеспечивать подачу рабочей среды как при высокой температуре, так и при отрицательных температурах. Устройство обеспечивает высокую точность и быстродействие в работе.