РЕГУЛИРОВАНИЕ ПЕРЕМЕННОГО РАСХОДА С ИСПОЛЬЗОВАНИЕМ ЛИНЕЙНОГО НАСОСА
VARIABLE FLOW RATE CONTROL BY LINEAR PUMP

ОБЛАСТЬ ТЕХНИКИ
Приоритет данной заявки заявляется по заявке на патент США 61/229347, поданной 29 июля 2009 года, содержание которой включено в данную заявку посредством ссылки.
ПРЕДПОСЫЛКИ ИЗОБРЕТЕНИЯ
Одной из проблем, связанных с выдачей двухкомпонентных материалов в высокопроизводительной установке, является необходимость поддерживать постоянное давление во время непроизводительных периодов между операциями выдачи. В последнее время в раздаточных установках на основе РФПД (реакционного формования под давлением) используются автоматизированные рециркуляционные установки, которые требуют наличия распределительных насосов и установок для придания материалу определенных свойств для обеспечения непрерывной работы.
СУЩНОСТЬ ИЗОБРЕТЕНИЯ
Предложенный способ устраняет необходимость в использовании автоматизированной рециркуляционной установки, в затратах на такую установку и в потребляемой мощности, одновременно обеспечивая аналогичные результаты. В установке с фиксированным соотношением компонентов в соответствии с данным изобретением обеспечиваются следующие преимущества: (1) регулирование давления - как в статическом, так и в динамическом состоянии поддерживается заданное значение давления, что исключает зону нечувствительности от статического до динамического давления; (2) регулирование расхода - расход двухкомпонентного материала поддерживается на заданном уровне для обеспечения точного объемного расхода при выдаче; (3) регулирование переключения - снижает потерю объема во время изменения направления движения (переключения) линейного поршневого насоса - эта потеря во время переключения может создавать потерю в выдаваемом объеме; (4) регулирование вязкости материала - два независимых терморегулятора как для А, так и для В компонентов регулируют вязкость материала для воспроизводимости выдачи и проведения смеси через устройство для выдачи; (5) регуляторы устройства для выдачи - обеспечивают удовлетворение всех параметров до начала выдачи материала.
Подобным образом, в установке с переменным соотношением компонентов обеспечиваются следующие преимущества: (1) регулирование давления - как в статическом, так и в динамическом состоянии поддерживается заданное значение давления, что исключает зону нечувствительности от статического до динамического давления; (2) регулирование расхода - расход двухкомпонентного материала поддерживается на заданном уровне для обеспечения точного объемного расхода при выдаче; (3) регулирование переключения - снижает потерю объема во время изменения направления движения (переключения) линейного поршневого насоса - эта потеря во время переключения может создавать потерю в выдаваемом объеме; (4) регулирование вязкости материала - два независимых терморегулятора как для А, так и для В компонентов регулируют вязкость материала для воспроизводимости выдачи и проведения смеси через устройство для выдачи; (5) регуляторы устройства для выдачи - обеспечивают удовлетворение всех параметров до начала выдачи материала; и (6) синхронизированное управление насосами - регулирование насосов без сдвига по фазе.
Последующее описание приведено со ссылкой на принципиальную схему, показанную на фиг.1. Данная схема иллюстрирует всю установку с переменным соотношением компонентов. Общая конструкция может использоваться как для установок для выдачи материала с переменным соотношением компонентов, так и для установок для выдачи материала с фиксированным соотношением компонентов.
Как показано на данном чертеже, каждый насос приводится в действие электродвигателем постоянного тока, обеспечивающим вращение шестеренного насоса, погруженного в гидравлический блок питания. С выхода указанного блока питания подается питание на гидравлический линейный двигатель, направление работы которого регулируется двумя выходными реверсивными клапанами. Гидравлический линейный двигатель приводит в действие один или два насоса для перекачки материала, которые механически прикреплены к гидравлическому насосу.
Регулирование давления и/или расхода на выходе из насосов выполняется путем изменения выходного крутящего момента электродвигателя с использованием выполненного на заказ блока управления двигателем (БУД). БУД использует измерения датчика линейного положения и преобразователя давления, установленного на выходе насоса для перекачки материала, в качестве основных регулируемых технологических параметров (или обратных связей между датчиками и управляющим устройством) для регулирования насоса. Данная установка не зависит от дорогостоящих расходомеров для регулирования производительности насоса.
Для обеспечения независимого регулирования двух насосов установлены два БУД. В этой конструкции указанные два БУД сообщаются друг с другом для создания установки с точным переменным соотношением компонентов, необходимым для пользователя.
Для устранения необходимости в использовании дорогостоящих автоматизированных рециркуляционных компонентов эта установка будет останавливать работу при заданном давлении, вводимом пользователем. Остановка работы установки при заданном давлении представляет собой работу электродвигателя и насоса (насосов) с низким крутящим моментом и закрытым распределительным клапаном (клапанами). В этом режиме для поддержания требуемого необходимого давления необходимы лишь малые значения прикладываемого к электродвигателю крутящего момента.
Осуществление на практике данного способа обеспечит значительное энергосбережение и, соответственно, исключит необходимость в непрерывной работе насосов во время непроизводительных периодов, когда отсутствует выдача материала, плюс к этому исключается необходимость в работе установки для придания материалу определенных свойств. Остановка работы при заданном давлении будет обеспечивать выдачу материала, выдаваемого из устройства для выдачи, при требуемом давлении в начале выдачи.
Данная установка будет останавливаться при давлении, имеющем место после проведения выдачи, при заданном давлении, установленном во время последней операции выдачи. Это состояние остановки будет сохраняться во время непроизводительного режима между операциями выдачи.
При выполнении новой операции выдачи в логические схемы регулирования давления до начала выдачи будет введено новое заданное значение давления выдачи (заменяющее прежнее заданное давление). Если вышеупомянутое непроизводительное состояние остановки сохраняется в течение продолжительного периода времени, то режим «остановки при заданном давлении» завершают. Конечный предел для существования режима «остановки при заданном давлении» необходим для экономии энергии, уменьшения нагрева в гидравлическом блоке питания и других механических компонентах.
Установка, выполненная без автоматизированной рециркуляционной установки, имеет следующие преимущества:
- Данное изобретение устраняет необходимость в автоматизированных рециркуляционных клапанах, логических схемах и соответствующих рециркуляционных трубопроводах.
- Данное изобретение устраняет необходимость в работе системы придания материалу определенных свойств на уровнях выдачи с обеспечением тем самым значительного энергосбережения для работы данной установки.
- Поскольку насосы не выполняют значительной работы во время непроизводительных периодов, то ожидается меньший износ механических компонентов.
В конструкции с выдачей с переменным соотношением компонентов пользователь может выбрать для выдачи двухкомпонентный материал с постоянным расходом. БУД будет принимать значение расхода, необходимого для пользователя (в единицах объема с временным шагом для смешанного двухкомпонентного материала), и обеспечивать математическое преобразование полученной информации в заданные скорости перемещения поршня для каждого насоса в установке с использованием следующих величин:
1. Размеры насосов А и В.
2. Соотношение материалов, вводимое пользователем. Регулирование расхода выдаваемого материала выполняют путем регулирования давления на выходе насоса и скорости работы насоса. Скорость работы насоса вычисляется с помощью логических схем БУД путем вычисления изменения положения насоса за фиксированные интервалы времени.
Существующие логические схемы БУД регулируют расход путем поддержания скорости перемещения поршня между изменениями направления хода насоса на обратное с помощью либо одного скоростного логического контура с ПИД-регулятором, либо с помощью двух каскадных контуров с ПИД-регулятором, в которых с выхода контура регулирования максимальной скорости в контур регулирования низкого давления подаются заданные значения давления. Если работа выполняется при низких давлениях выдачи, то для скорости работы насоса может использоваться только контур регулирования.
Для сведения к минимуму затрат логическая схема регулирования расхода не нуждается во входной информации от дорогостоящего расходомера для текущего контроля расхода на выходе насоса. Для данной установки может использоваться отдельный, дополнительный блок текущего контроля расхода для проверки расхода на выходе насоса. Отдельная, дополнительная система использует расходомеры, установленные на пути прохождения потока материала для проверки расхода на выходе данной системы.
БУД осуществляет текущий контроль и отслеживает, достигнута ли заданная скорость насоса после каждого вычисления скорости насоса. Если указанная логическая схема НЕ способна поддерживать заданную скорость (в пределах определенного процента от заданной скорости) для большого процента операций выдачи, то генерируется соответствующая команда ошибки соотношения или ошибки расхода.
Если выдача выполняется при постоянном расходе на установке для переменного соотношения компонентов, то используются следующие позиции:
а. При выдаче 2-х компонентов, которые должны иметь соотношение, как в готовом смешенном материале, при одинаковом соотношении на всем протяжении выдачи, оба насоса работают в синхронном режиме. Другими словами, оба насоса должны одновременно изменять направление хода на обратное для одновременного удвоения перепада давления в обоих насосах для лучшего обеспечения условия ОТСУТСТВИЯ «состояния включения» во время процессов изменения направления хода на обратное в насосах. Этот процесс может быть необязательным для некоторых двухкомпонентных материалов.
b. Для регулирования соотношения компонентов 2-х насосов оба насоса должны поддерживать соответствующие скорости работы в течение большого, в процентном отношении, времени во время операции выдачи. Например, для выдачи при соотношении компонентов 2:1 для 2-х насосов одинакового размера скорость работы одного насоса должна в два раза превышать скорость работы второго насоса. Для этого типа выдачи более медленный синхронизированный насос будет иметь «короткий рабочий ход» (т.е. он не будет проходить по всей длине насоса), как изложено выше.
Установка для регулирования с переменным соотношением компонентов имеет следующие преимущества.
1. Данное изобретение позволяет использовать линейные насосы, которые стоят дешевле и могут обеспечивать выдачу разнообразных материалов. Использование рациональных шестеренных насосов для выдачи с переменным соотношением компонентов является более дешевым, однако они плохо работают при выдаче материалов с высокой вязкостью или абразивных материалов.
2. Данное изобретение не требует наличия дорогостоящих расходомеров для регулирования расхода пользователем.
3. Данное изобретение создает возможность пользователю изменять расход и соотношение выдачи без изменения каких-либо механических настроек.
4. Данное изобретение создает возможность пользователю изменять расход и соотношение выдачи во время активного процесса выдачи.
Эти и другие цели и преимущества данного изобретения будут более понятны из последующего описания, выполненного в комбинации с сопроводительными чертежами, на которых одинаковые номера позиции относятся к одинаковым или подобным деталям на обоих чертежах.
КРАТКОЕ ОПИСАНИЕ ЧЕРТЕЖЕЙ
Фиг.1 показывает установку с переменным соотношением компонентов в соответствии с данным изобретением.
Фиг.2 показывает установку с фиксированным соотношением компонентов в соответствии с данным изобретением.
ПРЕДПОЧТИТЕЛЬНЫЕ ВАРИАНТЫ ВЫПОЛНЕНИЯ ИЗОБРЕТЕНИЯ
Последующее описание приведено со ссылкой на принципиальную схему, показанную на фиг.1. Данная схема иллюстрирует всю установку 10 с переменным соотношением компонентов. Общая конструкция может использоваться как для установок 10 для выдачи материала с переменным соотношением компонентов, так и для установок 100 для выдачи материала с фиксированным соотношением компонентов.
Как показано на данном чертеже, каждый насос приводится в действие электродвигателем 14 постоянного тока, обеспечивающим вращение шестеренного насоса 16, погруженного в гидравлический блок 18 питания. С выхода указанного блока 18 питания подается питание на гидравлический линейный двигатель 20, направление работы которого регулируется двумя выходными реверсивными клапанами 22. Гидравлический линейный двигатель 20 приводит в действие один или два насоса 24 для перекачки материала, которые механически прикреплены к гидравлическому насосу 12.
Регулирование давления и/или расхода на выходе из насосов 24 выполняется путем изменения выходного крутящего момента электродвигателя 14 с использованием выполненного на заказ блока 26 управления двигателем (БУД). БУД 26 использует измерения датчика 28 линейного положения и преобразователя 30 давления, установленного на выходе насоса 24, в качестве основных регулируемых технологических параметров (или обратных связей между датчиками и управляющим устройством) для регулирования насоса 24. Данная установка не зависит от дорогостоящих расходомеров для регулирования производительности насоса.
Для обеспечения независимого регулирования двух насосов 24 установлены два БУД 26. В этой конструкции указанные два БУД 26 сообщаются друг с другом для создания установки с точным переменным соотношением компонентов, необходимым для пользователя.
Для устранения необходимости в использовании дорогостоящих автоматизированных рециркуляционных компонентов эта установка будет останавливать работу при заданном давлении, вводимом пользователем. Остановка работы установки при заданном давлении представляет собой работу электродвигателя 14 и насоса (насосов) 24 с низким крутящим моментом и закрытым распределительным клапаном (клапанами) 32. В этом режиме для поддержания требуемого необходимого давления необходимы лишь малые значения прикладываемого к электродвигателю 14 крутящего момента.
Осуществление на практике данного способа обеспечит значительное энергосбережение и, соответственно, исключит необходимость в непрерывной работе насосов 24 во время непроизводительных периодов, когда отсутствует выдача материала, плюс к этому исключается необходимость в работе установки для придания материалу определенных свойств. Остановка работы при заданном давлении будет обеспечивать выдачу материала, выдаваемого из устройства 32 для выдачи, при требуемом давлении в начале выдачи.
Данная установка будет останавливаться при давлении, имеющем место после проведения выдачи, при заданном давлении, установленном во время последней операции выдачи. Это состояние остановки будет сохраняться во время непроизводительного режима между операциями выдачи.
При выполнении новой операции выдачи в логические схемы регулирования давления до начала выдачи будет введено новое заданное значение давления выдачи (заменяющее прежнее заданное давление). Если вышеупомянутое непроизводительное состояние остановки сохраняется в течение продолжительного периода времени, то режим «остановки при заданном давлении» завершают. Конечный предел для существования режима «остановки при заданном давлении» необходим для экономии энергии, уменьшения нагрева в гидравлическом блоке питания и других механических компонентах.
В конструкции с выдачей с переменным соотношением компонентов пользователь может выбрать для выдачи двухкомпонентный материал с постоянным расходом. БУД будет принимать значение расхода, необходимого для пользователя (в единицах объема с временным шагом для смешанного двухкомпонентного материала), и обеспечивать математическое преобразование полученной информации в заданные скорости перемещения поршня для каждого насоса в установке с использованием следующих величин:
1. Размеры насосов А и В.
2. Соотношение материалов, вводимое пользователем. Регулирование расхода выдаваемого материала выполняют путем регулирования давления на выходе насоса и скорости работы насоса. Скорость работы насоса вычисляется с помощью логических схем БУД путем вычисления изменения положения насоса за фиксированные интервалы времени.
Существующие логические схемы БУД регулируют расход путем поддержания скорости перемещения поршня между изменениями направления хода насоса на обратное с помощью либо одного скоростного логического контура с ПИД-регулятором, либо с помощью двух каскадных контуров с ПИД-регулятором, в которых с выхода контура регулирования максимальной скорости в контур регулирования низкого давления подаются заданные значения давления. Если работа выполняется при низких давлениях выдачи, то для скорости работы насоса может использоваться только контур регулирования.
Для сведения к минимуму затрат логическая схема регулирования расхода не нуждается во входной информации от дорогостоящего расходомера для текущего контроля расхода на выходе насоса. Для данной установки может использоваться отдельный, дополнительный блок текущего контроля расхода для проверки расхода на выходе насоса. Отдельная, дополнительная система использует расходомеры, установленные на пути прохождения потока материала для проверки расхода на выходе данной системы.
БУД осуществляет текущий контроль и отслеживает, достигнута ли заданная скорость насоса после каждого вычисления скорости насоса. Если указанная логическая схема НЕ способна поддерживать заданную скорость (в пределах определенного процента от заданной скорости) для большого процента операций выдачи, то генерируется соответствующая команда ошибки соотношения или ошибки расхода.
Если выдача выполняется при постоянном расходе на установке для переменного соотношения компонентов, то используются следующие позиции:
а. При выдаче 2-х компонентов, которые должны иметь соотношение, как в готовом смешенном материале, при одинаковом соотношении на всем протяжении выдачи, оба насоса работают в синхронном режиме. Другими словами, оба насоса должны одновременно изменять направление хода на обратное для одновременного удвоения перепада давления в обоих насосах для лучшего обеспечения условия отсутствия «состояния включения» во время процессов изменения направления хода на обратное в насосах. Этот процесс может быть необязательным для некоторых двухкомпонентных материалов.
b. Для регулирования соотношения компонентов 2-х насосов оба насоса должны поддерживать соответствующие скорости работы в течение большого, в процентном отношении, времени во время операции выдачи. Например, для выдачи при соотношении компонентов 2:1 для 2-х насосов одинакового размера скорость работы одного насоса должна в два раза превышать скорость работы второго насоса. Для этого типа выдачи более медленный синхронизированный насос будет иметь «короткий рабочий ход» (т.е. он не будет проходить по всей длине насоса), как изложено выше.
Предполагается, что возможно внесение различных изменений и модификаций в установку для регулирования расхода без отклонения от сущности и объема правовой охраны данного изобретения, определенного в последующей формуле изобретения.