РЕГУЛЯТОР РАСХОДА ГАЗА

Предложение касается полезной модели, как объекта промышленной собственности, и относится к области авиационного оборудования, в частности, к регуляторам расхода газа для систем кондиционирования летательного аппарата.
Особенностью регуляторов расхода газа является то, что они работают на нагрузку - установку кондиционирования воздуха с переменным гидравлическим сопротивлением, зависящим от режима эксплуатации летательного аппарата (зима-лето, высота полета, количество тепловыделений в гермокабине), т.е. при неизменной величине расхода давление за клапаном регулирования может меняться в широком диапазоне. Использование регуляторов давления "после себя" для этих целей невозможно, т.к. они могут поддерживать постоянным расход только при одном и том же гидравлическом сопротивлении нагрузки.
В известной системе кондиционирования [1] используется регулятор расхода газа, включающий в себя мерное устройство, электронный блок управления и клапан регулирования в виде электроприводной заслонки, которая имеет значительное время перекладки из края в край. Это обусловливает возможность забросов по расходу при изменениях давления на входе регулятора расхода.
Известны регуляторы расхода [2] с пневматическим клапаном регулирования, обладающим достаточным быстродействием по перекладке. Недостатком данных регуляторов является то, что при снижении давления на входе (когда не может обеспечиваться заданный расход) клапан регулирования полностью открывается, что может приводить к забросам по давлению с нерегулируемой скоростью изменения параметров при увеличении давления на входе регулятора, т.к. скорость изменения давления на выходе регулятора не ограничивается до величины требуемого расхода.
Наиболее близким техническим решением к заявляемому объекту, принятым в качестве прототипа, является регулятор расхода газа [3]. Он содержит последовательно установленные в трубопроводе клапан регулирования расхода с пневмоприводом и мерное устройство расхода (трубка Вентури) с датчиками давления и перепада давления, выходы которых подключены ко входу электро-цифрового вычислителя расхода, имеющего узел выбора задания. Выход вычислителя подключен к пневмоприводу клапана регулирования через интегрирующий узел и электропневмопреобразователь. Вход электропневмопреобразователя сообщен с входным патрубком клапана регулирования через ограничитель давления.
Недостатком такого регулятора расхода является то, что при снижении давления на входе ниже допустимого клапан регулирования полностью открывается, что при увеличении давления на входе может привести к забросам по давлению и расходу с нерегулируемой скоростью, а также к разрушению турбохолодильного агрегата установки кондиционирования.
Следовательно, область нормальной работы известного регулятора расхода газа ограничена величиной входного давления от номинального до максимального. При давлениях ниже номинального регулятор не работоспособен.
Целью настоящего предложения (ожидаемым техническим результатом) является расширение области работоспособности регулятора расхода газа.
Данная цель достигается тем, что он снабжен пневмозадатчиком, в корпусе которого имеется седло, управляемое двумя связанными между собой подпружиненными мембранами с разными в общем случае эффективными площадями, разделяющими корпус пневмозадтчика на две рабочие, межмембранную и подмембранную, полости, при этом: первая рабочая полость сообщена с входным патрубком клапана регулирования посредством узла ограничения скорости изменения давления и ограничителя предельного давления, например, дроссельно-емкостного типа, а ко второй подключен выход электропневмопреобразователя, межмембранная полость сообщена с атмосферой, а подмембранная полость подключена по линии обратной связи к выходному патрубку клапана, при этом пневмопривод клапана регулирования расхода сообщен со входным патрубком через дроссель, а с атмосферой - посредством седла пневмозадатчика. А также тем, что интегрирующий узел содержит переключатель скорости интегрирования, подключенный к датчику давления мерного устройства расхода.
В результате анализа технической и патентной литературы в данной области техники не обнаружено технических решений, которые обладали бы признаками, отличающими заявленное техническое решение от прототипа [3]. Следовательно, заявляемый объект отвечает критерию "новизна".
Заявляемая полезная модель является "промышленно приемлемой", что подтверждается нижеследующим описанием со ссылками на чертеж.
На чертеже изображена схема регулятора расхода газа, содержащего последовательно установленные в трубопроводе 1 клапан регулирования 2 с
пневмоприводом 3 и линией обратной связи 4, мерное устройство расхода 5 с датчиками давления 6 и перепада давления 7. Выходы датчиков подключены ко входу электро-цифрового вычислителя расхода 8, имеющего узел выбора задания 9. Выход вычислителя подключен к интегрирующему узлу 10, а тот к электропневмопреобразователю 11, пневмовход которого сообщен с входным патрубком клапана регулирования через ограничитель минимального давления 12.
Между электропневмопреобразователем 11 и пневмоприводом 3 расположен пневмозадатчик 13, который имеет управляемое седло 14, связанные между собой мембраны 15 и 16, полости: первую 17 и вторую 18 рабочие полости, межмембранную 19 и подмембранную 20. К первой рабочей полости 17 подключен узел 21 ограничения скорости изменения давления и ограничитель предельного давления 22. В пневмоприводе имеется пружина 23, а интегрирующий узел 10 содержит переключатель 24 скорости интегрирования.
Пвевмопривод 3 содержит управляющую 25 полость, пружину 26 и шток 27. В корпусе клапана регулирования 2 находится поворотный дросселирующий орган.
Работает регулятор следующим образом. В управляющую полость 25 (сильфон) пневмопривода 3 поступает управляющее воздействие (давление), создаваемое перемещением седла 14, под действием которого сжимается пружина 26 и перемещается шток 27, что вызывает поворот дросселирующего органа клапана регулирования 2. В зависимости от положения дросселирующего органа изменяется давление на выходе клапана регулирования расхода 2. Давление на выходе клапана регулирования расхода 2 по линии обратной связи 4 поступает в подсильфонную полость пневмопривода 3, чем компенсирует усилие на шток 27. Шток, а следовательно, и дросселирующий орган клапана регулирования расхода 2 занимают стабильные положения.
Пневмозадатчик 13 предназначен для выработки управляющего пневмоприводом 3 сигнала. В нем решается алгебраическое уравнение:
у
о
п
с
Р=Р-Р-Р; где:
у
Р - давление сигнала, поступающего на пневмопривод от пневмозадатчика 13;
о
Р - давление сигнала от ограничителя предельного давления 22;
п
Р - давление, создаваемое усилием пружины 23;
с
Р - давление сигнала, создаваемого электропневмопреобразователем при отклонении расхода от заданного значения расхода.
о
с
с
у
Для случая, когда давление на входе трубопровода 1 превышает гидравлическое сопротивление нагрузки при неизменном заданном расходе газа давление Р, поступающее в первую рабочую полость 17 пневмозадатчика 13, равно давлению на входе трубопровода 1, либо ограничивается ограничителем 22. Это давление может превысить значение гидравлического сопротивления нагрузки, тогда вступает в работу электроцифровой вычислитель расхода 8, который вычисляет текущий расход газа по датчикам давления 6 и перепада давления 7 на мерном устройстве 5. Вычисленное значение текущего расхода сравнивается со значением заданного расхода, выбранного узлом выбора задания 9. Из-за превышения давления над гидравлическим сопротивлением нагрузки возникает сигнал рассогласования, который поступает на интегрирующий узел 10, где накапливается и преобразуется в токовый сигнал, поступающий на катушку электропневмопреобразователя 11. Последний преобразовывает токовый сигнал в давление газа Р, которое поступает во вторую рабочую полость 18 пневмозадатчика 13. Давление Р уменьшает давление Р до значения равного давлению гидравлического сопротивления нагрузки. При изменении входного давления в трубопроводе 1 регулятор работает как регулятор давления газа "после себя" при неизменном значении задания. При изменении гидравлического сопротивления нагрузки происходит переход
у
давления Р на новое значение, равное новому значению гидравлического сопротивления нагрузки, как было описано ранее.
с
п
у
Если давление на входе трубопровода 1 падает и становится меньше давления гидравлического сопротивления нагрузки, сигнал интегрирующего узла 10 пропадает, следовательно, давление Р становится равным нулю. Регулятор переходит на режим работы в режиме регулятора давления "после себя", где величиной задания является давление на входе трубопровода 1, уменьшенное на величину Р за счет влияния пружины 23. При повышении входного давления изменяется и давление Р но со скоростью, определяемой узлом ограничения скорости 21.
с
Для стабилизации влияния давления Р имеется ограничитель минимального давления 12, величина установки которого выбирается несколько ниже давления в трубопроводе 1 на всех режимах эксплуатации, а для обеспечения работоспособности даже при низком давлении эффективность мембраны 15 выбирается выше эффективности мембраны 16.
с
Из условия устойчивой работы регулятора требуется, чтобы время изменения давления от нуля до максимального значения на выходе электропневмопреобразователя Р не оставалось на всех режимах постоянным.
с
о
с
с
Так как при разном гидравлическом сопротивлении нагрузки давлением Р от электропневмопреобразователя надо компенсировать разные величины давления Р, т.е., чем меньше гидравлическое сопротивление тем больше величина Р, и, наоборот, чем больше - тем меньше. Известно, что величина расхода газа характеризуется гиперболической зависимостью давления от перепада на мерном устройстве. Тем самым, чем меньше давление на выходе, тем больше надо менять давление Р. Поэтому переключатель 24 скорости интегрирования изменяет указанную скорость в обратнопропорциональной зависимости от давления на мерном устройстве расхода 3.
Источники информации, принятые во внимание при составлении заявки:
1. Руководство по летной эксплуатации ТУ204 - 120 с. Эксплуатация систем и оборудования - Кондиционирование воздуха, глава 8.11, рис8.11.2 Структурная схема системы кондиционирования;
2. Авторское свидетельство SU 1264142 А1, класс G 05 D 7/01.
3. ABG-SEMCA, System description note, report № RAN-G700-121, 14.06.1996.