Гидравлическое регулирующее устройство

Предлагаемая полезная модель относится к области автоматического регулирования расходов жидких или газообразных сред, а также пара.
Она может быть использована для автоматического или ручного регулирования температурных или расходных параметров рабочих сред путем их смешения или разделения.
Предлагаемое регулирующее устройство может работать с различными маломощными электрическими, пневматическими, гидравлическими или ручными приводами, в том числе и с приводами, снабженными программируемыми электронными блоками управления.
Известны близкие по техническому решению регулирующие устройства различных конструкций, использующие силы неуравновешенности регулирующего органа в потоке рабочей жидкости от действия одностороннего давления и преобразования их в полезные перестановочные усилия (см., например, регулирующее устройство по авт. свид. .№№ 1043603 и 1462258, МКП G05D, 7/01 или авт. свид. СССР Jvfo 1476331, МПК G01K, 17/10).
В качестве прототипа предлагаемого  изобретения принято гидравлическое регулирующее устройство, описанное в патенте RU 2131140 С1, 6 G05D, 16/06, 7/01, содержащее корпус с патрубками входа и выхода рабочей жидкости, управляющий клапан с рабочей камерой и управляющими каналами, сильфонный регулирующий орган с регулирующим клапаном и посадочным седлом и направляющую ось, на которой расположены профилированные пазы.
В дальнейшем, упомянутая выше направляющая ось именуется направляющим штоком, функционально  сходным с направляющей осью прототипа.
В данном регулирующем устройстве, как и в аналогах отсутствует жесткая механическая связь между приводом и регулирующим органом, а управляющее воздействие привода на регулирующий орган осуществлено через поток рабочей жидкости, протекающей через само регулирующее устройство. Оно способно работать с маломощными управляющими приводами в качестве двухходового дросселирующего устройства, но не позволяет строить на его базе более сложные регулирующие устройства и регуляторы, предназначенные для смешения или разделения потоков рабочих жидкостей в системах автоматического регулирования более высокого уровня.
Технический результат достигиут тем, что, в отличие от прототипа, в предлагаемом гидравлическом регулирующем устройстве подвижный торец сильфона снабжен подпружиненной водопроводной трубкой с закрепленными на ней регулирующими клапанами, между которыми выполнено выходное отверстие, сообщающее внутреннюю полость сильфона регулирующего органа с внутренней полостью корпуса.
В связи с этим, предлагаемая конструкция регулирующего органа, размещенная в трехходовом корпусе приобретает свойства трехходового смесительного или трехходового разделительного регулирующего устройства, а при снабжении каждого из них приводами и соответствующими датчиками, они могут быть названы регуляторами.
Незначительные конструктивные отличия между этими двумя исполнениями регулирующих устройств будут отмечены при описании их работы.
На фиг.1 изображено в осевом разрезе трехходовое разделительное регулирующее устройство с нормально-закрытым управляющим клапаном; на фиг.2 - трехходовое смесительное регулирующее устройство с нормально закрытым управляющим клапаном; на фиг.З - сменный нормально-открытый управляющий клапан, обеспечивающий смену очередности перекрытия регулирующим устройством управляемых потоков, изображенных на фиг.1 и 2 стрелками.
Трехходовое разделительное регулирующее устройство (фиг.1) состоит из корпуса 1 с входным патрубком 2 и двух выходных патрубков 3 и 4 для двух разделенных потоков рабочей жидкости. Направления потоков показаны стрелками. В корпусе размещен сильфонный регулирующий орган, состоящий из сильфона 5, нижний подвижный торец 6 которого снабжен водопроводной трубкой 7, предназначенной для выполнения функции водоподвода, на которой закреплены регулирующие клапаны 8 и 9, возвратная пружина 10. Нружина 10 установлена так, что постоянно стремится сжать сильфон 5 для закрытия клапана 8 и открытия клапана 9.
В корпусе имеются посадочные седла 11 и 12 для регулирующих клапанов 8 и 9. Поверхности регулирующих клапанов, обращенные к посадочным седлам, именуются тарелками клапанов.
Нижний подвижный торец 6 сильфона 5 вместе с водопроводной трубкой 7 центрируется на нанравляющем щтоке 13, на котором выполнены один или несколько профилированных пазов 14.
Верхний неподвижный торец сильфона снабжен фланцем 15, который жестко крепится в корпусе регулирующего устройства. Во фланце выполнены проходные отверстия 16, а в направляющем щтоке управляющие каналы 17 для пропуска управляющего потока рабочей жидкости. На нижнем конце водопроводной трубки вынолнены проходные отверстия 18, расположенные между регулирующими клапанами 8 и 9.
Сильфонный регулирующий орган снабжен управляющим клапаном 19, размещенным в своем корпусе 20, в котором выполнены проходные отверстия 21.
При закрытом управляющем клапане 19 и подаче расхода рабочей жидкости во входной патрубок 2, жидкость по водопроводной трубке 7 через кольцевой зазор 22 между штоком 13 отверстием в нижнем торце 6 сильфона 5, а также через профилированный паз 14 поступает во внутреннюю замкнутую полость сильфона
Поскольку давление рабочей жидкости, воздействующее на нижнюю тарелку клапана 9 в выходном патрубке 4 меньще, чем давление во входном патрубке 2, а верхняя тарелка клапана 8 разгружена сильфоном от действия выходного давления в канале 3, то входное давление во внутренней полости сильфона, воздействуя на его нижний, подвижный торец будет перемещать его вниз, открывая регулирующий клапан 8 и закрывая клапан 9, одновременно сжимая пружину 10.
При открытии управляющего клапана 19, рабочая жидкость через управляющие каналы 17, проходные отверстия 21 и 16 в корпусе управляющего клапана и верхнем фланце сильфона сливается в верхнюю внутреннюю полость корпуса регулирующего устройства и далее в выходной патрубок 3. Давление внутри сильфона уменьщится за счет дросселирования управляющего потока рабочей жидкости зазором 22, а также .профилированным пазом 14. Усилие возвратной пружины совместно с усилием от действия выходного давления в патрубке 4 на нижнюю тарелку клапана 9 переместят подвижный торец сильфона вверх, прикрывая регулирующий клапан 8 и открывая клапан 9. По мере перемещения подвижного торца 6 сильфона 5 вверх, увеличивается площадь проходного сечения паза 14, т.е. уменьшится его гидравлическое сопротивление, что приведет к увеличению управляющего расхода рабочей жидкости поступающего во внутреннюю полость сильфона 5. Перемещение подвижного торца сильфона, а вместе с ним и регулирующих клапанов будет происходить до тех пор пока натекание рабочей жидкости через кольцевой зазор 22 , а также через паз 14 во внутреннюю полость сильфона не сравняется с её сливом через управляющий клапан 19 во внутреннюю полость корпуса. Любому промежуточному открытию управляющего клапана 19 соответствует заданное открытие регулирующих клапанов 8 и 9 и определенные расходы рабочей жидкости, проходящие через выходные патрубки 3 и 4.
Заданные величины открытия регулирующих клапанов обеспечиваются соответствующей профилировкой паза 14 на направляющем штоке 13.
Трехходовое смесительное регулирующее устройство (фиг.2) состоит из всех деталей и элементов конструкции, входящих в разделительное регулирующее устройство, приведенное на фиг. 1. Отличия заключаются в расположении входных патрубков 3 и 4 корпуса 1 и выходного патрубка 2, а также в выполнении профилированного паза 23 на направляюпдем щтоке 13 и обязательном наличии возвратной пружины 10 на водопроводной трубке 7, предназначенной для выполнения функции водоотвода.
Наклон профилированного паза 23 на щтоке 13 выполнен в обратную сторону, т.е. площадь поперечного сечения его уменьшается при перемещении подвижного торца 6 сильфона 5 вверх, а возвратная пружина 10 на трубке 7 установлена так, что постоянно создает усилие для закрытия регулирующего клапана 9 и открытия клапана 8, при растянутом состоянии сильфона 5. Поэтому в нерабочем (отключенном) состоянии, как показано на фиг.2, регулирующий клапан 8 полностью открыт, а регулирующий клапан 9 закрыт.
i /J У5/
После включения регулирующего устройства в работу при закрытом управляющем клапане 19 и подаче давления рабочей жидкости во входные патрубки 3 и 4 осевое усилие на регулирующем органе от действия входного давления в патрубке 3 на тарелку регулирующего клапана 8 независимо от степени его открытия полностью уравновещивается усилием от действия этого же давления на нижний подвижный торец сильфона 5. Осевое усилие от действия входного давления в патрубке 4 на тарелку регулирующего клапана 9 частично компенсируется суммарным усилием от действия выходного давления в патрубке 2, поступающего во внутреннюю полость сильфона через трубку 7 и паз 23 на нижний торец сильфона 5. Величина этого усилия стабильна из-за постоянства расхода рабочей жидкости в выходном патрубке 2.
Давление рабочей жидкости во входных патрубках 3 и 4, независимо от степени открытия регулирующих клапанов, всегда больще, чем давление рабочей жидкости в выходном патрубке 2. Поэтому усилие от избыточного давления в патрубке 4, воздействующее на тарелку клапана 9, преодолевая усилие пружины возврата, переместит тарелку клапана 9 вверх, открыв его, закроет при этом клапан 8.
Поток рабочей жидкости из входного патрубка 4 будет поступать в выходной патрубок 2.
При открытии управляющего клапана 19 внутренняя полость рабочего сильфона 5 будет сообщена с входным патрубком 3. Входное давление рабочей жидкости из патрубка 3, воздействуя на нижний торец сильфона 5, компенсирует усилие от действия давления рабочей жидкости в выходном патрубке 4 на нижнюю тарелку клапана 9. Возвратная пружина 10 будет открывать регулирующий клапан 8 и закрывать клапан 9, сообщая при этом входные патрубки 3 и 4 с выходным патрубком 2.
Величины перемещения регулирующих клапанов и степень их открытия будут зависеть от величины открытия управляющего клапана 19. Механизм слежения регулирующего органа за положением управляющего клапана тот же, что и при описании работы разделительного регулирующего устройства.
Применение данной конструкции гидравлического регулирующего устройства позволяет практически из одних и тех же деталей собирать трехходовые смесительные или разлделительные регулирующие устройства, что выгодно при производстве их на одном предприятии, т .к. уменьщает номенклатуру деталей и стоимость регуляторов. Кроме того, применение предложенной полезной модели позволяет использовать сильфон регулирующего органа оптимальных размеров, эффективная площадь которого соответствует эффективной площади каждого регулирующего клапана и не приводит к увеличению геометрических размеров регулирующих устройств, что свойственно прототипу и всем аналогам. При этом уменьщение размеров сильфона создает возможность для увеличения давления рабочей жидкости, т.к. у сильфонов -меньщих диаметров более высокие допустимые рабочие давления.
Простой заменой нормально закрытого управляющего клапана 19, показанного на фиг.1 и 2, на нормально открытый управляющий клапан 24, показанный на фиг.З, меняется поочередность перекрытия подводящих или отводящих потоков регулируемой среды (рабочей жидкости), что удобно при
монтаже регулирующих устройств и эксплуатации построенных на их базе регуляторов.
Малые перемещения управляющего клапана дают возможность для использования маломощных приводов, что дополнительно позволяет получить значительный экономический эффект.
директор
ВгМ.Иванов
Юферев Ю.Б. Кречет Л. В. Коваленко К.П.