МОДУЛЬ ОБНАРУЖЕНИЯ КАВИТАЦИИ, УПРАВЛЯЮЩИЙ КЛАПАН И ПРИВОД, СОДЕРЖАЩИЕ МОДУЛЬ ОБНАРУЖЕНИЯ КАВИТАЦИИ
CAVITATION DETECTION MODULE, CONTROL VALVE AND ACTUATOR CONTAINING A CAVITATION DETECTION MODULE

Изобретение относится к модулю обнаружения кавитации для обеспечения сигнала обнаружения кавитации, приспособленному для соединения с управляющим клапаном гидродинамической системы.
Кавитация может возникать в гидродинамических системах, если в гидродинамическом потоке падает давление текучей среды. Падение давления вызывает появление маленьких пузырьков в гидродинамическом потоке. Пузырьки могут схлопываться, если давление повышается. Схлопывание может вызывать повреждение материала в непосредственной близости от схлопывающегося пузырька. Это может приводить к эрозии материала в области стенок, в которые заключен гидродинамический поток, механическим вибрациям и шуму. Например, кавитация может нарушать функционирование управляющих клапанов или разрушать их. Чтобы избежать или предотвратить эффекты кавитации, используются датчики кавитации. Данные датчики могут обнаруживать механические вибрации и/или шум, вызываемые кавитацией. Затем на основании сигналов датчика могут быть приведены в действие управляющие клапаны.
Из WO 2018/210640 А1 известно использование клапана с процессором и датчиком кавитации, соединенным с процессором. Клапан содержит корпус, причем датчик кавитации прикреплен к наружной поверхности корпуса клапана или к наружной поверхности корпуса приводного элемента клапана. Существует необходимость в создании улучшенного устройства, которое имеет более прочную конструкцию и является более простым в обращении.
Таким образом, техническая проблема может состоять в создании улучшенного устройства для обнаружения кавитации в гидродинамической системе, более независимого, чем известные из уровня техники.
Основные признаки изобретения и дополнительные варианты осуществления отражены в формуле изобретения.
В аспекте изобретения настоящее изобретение относится к модулю обнаружения кавитации для акустического соединения с управляющим клапаном, причем указанный модуль обнаружения кавитации содержит несущий корпус, содержащий волноводный опорный элемент, первой поверхностью контактирующий с размещенным акустическим преобразователем, а второй поверхностью контактирующий с акустическим датчиком, причем имеется второй соединительный элемент, акустически соединенный с внутренней камерой внутри корпуса указанного управляющего клапана.
Второй соединительный элемент может быть соединен с наружной частью указанного корпуса, и может лишь частично проходить в указанный корпус, при этом корпус образует часть акустического соединения.
В варианте осуществления изобретения в волноводном опорном элементе выполнено первое отверстие, обеспечивающее соединение с возможностью обмена данными и/или подачи питания между указанным размещенным акустическим преобразователем и акустическим датчиком.
Модуль обнаружения кавитации может иметь первый соединительный элемент, причем первый соединительный элемент и второй соединительный элемент выполнены с возможностью соединения друг с другом с созданием акустической связи, причем имеется элемент акустической связи, содержащий первый соединительный элемент, при этом несущий корпус содержит второй соединительный элемент.
Изобретение предусматривает устройство, представляющее собой модуль обнаружения кавитации управляющего клапана гидродинамической системы. Управляющий клапан может быть соединен с приводом, конфигурированным для приведения в действие управляющего клапана в соответствии с сигналами модуля обнаружения кавитации. Таким образом, привод может приводить в действие управляющий клапан так, чтобы уменьшить кавитацию или избежать ее. Обнаружение кавитации в управляющем клапане выполняется посредством модуля обнаружения кавитации, который выдает сигналы обнаружения кавитации. Модуль обнаружения кавитации расположен для обнаружения кавитации во внутренней камере корпуса управляющего клапана. Это означает, что модуль обнаружения кавитации встроен в управляющий клапан с соединением с ним так, что модуль обнаружения кавитации является неотъемлемой частью управляющего клапана. Соединение между модулем обнаружения кавитации и корпусом представляет собой акустическую связь. Кроме того, корпус обеспечивает соединение с акустической связью между модулем обнаружения кавитации и управляющим клапаном. Элемент акустической связи может быть гнездом датчика для модуля обнаружения кавитации. Кроме того, элемент акустической связи улучшает акустическую связь между корпусом и модулем обнаружения кавитации. Элемент акустической связи может содержать поверхность корпуса и поверхность датчика. Поверхность корпуса может быть выполнена так, что она может быть прикреплена к корпусу управляющего клапана. Поверхность датчика может содержать средства для соединения модуля обнаружения кавитации с элементом акустической связи.
Кроме того, модуль обнаружения кавитации содержит несущий корпус и соединительный элемент, имеющий первый соединительный элемент и второй соединительный элемент, причем первый соединительный элемент и второй соединительный элемент выполнены с возможностью соединения друг с другом с созданием акустической связи, причем элемент акустической связи содержит первый соединительный элемент, при этом несущий корпус содержит второй соединительный элемент.
Средства для соединения поверхности датчика с модулем обнаружения кавитации могут быть соединительным элементом. Первый соединительный элемент может быть соединен со вторым соединительным элементом при прикреплении модуля обнаружения кавитации к элементу акустической связи. Например, первый соединительный элемент может быть просверленным отверстием, имеющим резьбовую внутреннюю стенку, а второй соединительный элемент может быть стержнем, имеющим резьбовую наружную поверхность. В данном примере модуль обнаружения кавитации может быть завинчен в элемент акустической связи для соединения модуля обнаружения кавитации с элементом акустической связи. Несущий корпус может обеспечивать наличие несущей части для модуля обнаружения кавитации, действующей как акустический мост между элементом акустической связи в модуле обнаружения кавитации.
Таким образом, акустические волны, возникающие в результате кавитации в управляющем клапане, могут проходить через корпус к модулю обнаружения кавитации. Модуль обнаружения кавитации может обнаруживать акустические волны для определения кавитации в управляющем клапане. Таким образом, изобретение предусматривает улучшенное устройство для обнаружения кавитации в гидродинамической системе. Управляющий клапан, содержащий модуль обнаружения кавитации, является более независимым, чем известные из уровня техники устройства, поскольку в изобретении не требуется прикрепления каких-либо датчиков непосредственно к управляющему клапану. Таким образом, управляющий клапан согласно изобретению является автономным. Следовательно, нет необходимости подготавливать управляющий клапан для какого-либо прикрепления модуля обнаружения кавитации. Соединения между управляющим клапаном и приводом достаточно для приведения в действие управляющего клапана таким образом, чтобы избежать кавитации или уменьшить ее. Кроме того, это уменьшает стоимость управляющего клапана и установки управляющего клапана в гидродинамическую систему.
Кроме того, модуль обнаружения кавитации может, например, содержать элемент акустического датчика, причем несущий корпус содержит волноводный опорный элемент, проходящий вдоль продольного направления несущего корпуса в направлении от второго соединительного элемента, при этом элемент акустического датчика прикреплен к волноводному опорному элементу. Например, элемент акустического датчика содержит фольгу из титаната-цирконата свинца (ЦТС), которая проходит вдоль волноводного опорного элемента.
Благодаря прикреплению элемента акустического датчика модуля обнаружения кавитации к волноводному опорному элементу несущего корпуса формируется акустический мост между управляющим клапаном и элементом акустического датчика посредством элемента акустической связи и волноводного опорного элемента. Кроме того, волноводный опорный элемент поддерживает элемент акустического датчика в модуле обнаружения кавитации.
В другом примере модуль обнаружения кавитации может содержать корпусную оболочку, проходящую вокруг несущего корпуса, причем корпусная оболочка соединена с несущим корпусом, при этом между корпусной оболочкой и несущим корпусом расположен по меньшей мере один уплотнительный элемент.
Корпусная оболочка защищает внутренний объем модуля обнаружения кавитации. Например, корпусная оболочка может защищать несущий корпус или элемент акустического датчика от грязи и влаги во внутренней камере. Элемент датчика между корпусной оболочкой и несущим корпусом улучшает защиту от грязи и влаги.
Кроме того, модуль обнаружения кавитации может, например, содержать электронный фильтрующий элемент для фильтрации сигнала обнаружения кавитации.
Электронный фильтрующий элемент может обрабатывать сигнал обнаружения кавитации, выдаваемый модулем обнаружения кавитации. Таким образом, фильтрация сигнала обнаружения кавитации выполняется непосредственно в модуле обнаружения кавитации.
В другом или дополнительном примере модуль обнаружения кавитации может содержать электронный усилительный элемент для усиления сигнала обнаружения кавитации.
В данном примере сигнал обнаружения кавитации усиливается внутри модуля обнаружения кавитации посредством электронного усилительного элемента. Следовательно, усиление сигнала обнаружения кавитации выполняется внутри модуля обнаружения кавитации. Электронный усилительный элемент может быть объединен с фильтрующим элементом.
Кроме того, модуль обнаружения кавитации может, например, содержать печатную плату, содержащую схемные элементы, конфигурированные для создания электронного фильтрующего элемента и/или электронного усилительного элемента.
Таким образом, печатная плата конфигурирована так, чтобы содержать электронный фильтрующий элемент и/или электронный усилительный элемент. Несущий корпус модуля обнаружения кавитации может содержать прорези, которые удерживают печатную плату. Таким образом, печатная плата может быть встроена непосредственно в модуль обнаружения кавитации.
В дополнительном примере модуль обнаружения кавитации может содержать электрический соединитель, предпочтительно соединитель стандарта DIN, для соединения модуля обнаружения кавитации с приводом, причем электрический соединитель содержит соединитель питания и сигнальный соединитель для обеспечения сигнала обнаружения кавитации.
Таким образом, может быть предусмотрено одно кабельное соединение между модулем обнаружения кавитации и приводом. Это уменьшает пространство, необходимое для кабелей.
В дополнительном аспекте изобретения предусмотрен модуль обнаружения кавитации для обеспечения сигнала обнаружения кавитации, причем модуль обнаружения кавитации конфигурирован для размещения во внутренней камере корпуса привода управляющего клапана гидродинамической системы, причем модуль обнаружения кавитации конфигурирован для соединения с корпусом с созданием акустической связи.
Эффекты и дополнительные варианты осуществления модуля обнаружения кавитации согласно настоящему изобретению аналогичны эффектам и вариантам осуществления модуля обнаружения кавитации согласно описанию, приведенному выше. Таким образом, ссылка сделана на приведенное выше описание устройства.
В дополнительном аспекте изобретения предусмотрен управляющий клапан, имеющий корпус с внутренней камерой, причем управляющий клапан дополнительно содержит модуль обнаружения кавитации согласно описанию, приведенному выше, причем модуль обнаружения кавитации размещен во внутренней камере и соединен с корпусом с созданием акустической связи.
Эффекты и дополнительные варианты осуществления управляющего клапана согласно настоящему изобретению аналогичны эффектам и вариантам осуществления модуля обнаружения кавитации согласно описанию, приведенному выше. Таким образом, ссылка сделана на приведенное выше описание устройства.
В дополнительном аспекте изобретения предусмотрен привод, имеющий корпус с внутренней камерой, причем привод дополнительно содержит модуль обнаружения кавитации согласно описанию, приведенному выше, причем модуль обнаружения кавитации размещен во внутренней камере и соединен с корпусом с созданием акустической связи.
Эффекты и дополнительные варианты осуществления привода согласно настоящему изобретению аналогичны эффектам и вариантам осуществления модуля обнаружения кавитации согласно описанию, приведенному выше. Таким образом, ссылка сделана на приведенное выше описание устройства.
Другие признаки, детали и преимущества изобретения следуют из текста формулы, а также из следующего далее описания примерных вариантов осуществления на основании чертежей. На чертежах показано следующее:
- на фиг. 1 показан схематический чертеж гидродинамической системы с управляющим клапаном и приводом;
- на фиг. 2 показан схематический чертеж компонентов модуля обнаружения кавитации;
- на фиг. 3 показан схематический чертеж других компонентов модуля обнаружения кавитации;
- на фиг. 4 показан схематический чертеж других компонентов модуля обнаружения кавитации;
- на фиг. 5 показан схематический чертеж модуля обнаружения кавитации; и
- на фиг. 6 показан схематический чертеж модуля обнаружения кавитации, прикрепленного к приводу.
На фиг. 1 показана гидродинамическая система, которая в целом обозначена номером позиции 10.
Гидродинамическая система 10 является теплообменной системой, имеющей теплообменник 24, расположенный в комнате 22. Теплообменник 24 содержит впуск 18 для воды и выпуск 20 для воды. Кроме того, теплообменник 24 содержит впуск 26 для воздуха и выпуск 27 для воздуха. Теплообмен происходит между водой и воздушным потоком посредством теплообменника 24. Впуск 18 для воды содержит управляющий клапан 16, который приводится в действие приводом 12 для управления притоком воды. Привод 12 соединен с управляющим клапаном 16 для приведения его в действие. Привод 12 приводит в действие управляющий клапан 16, используя температурные датчики 30, которые могут быть расположены у впуска 18 для воды, выпуска 20 для воды, теплообменника 24 и/или в комнате 22.
Кроме того, в соединении с управляющим клапаном 16 расположен модуль 14 обнаружения кавитации. Модуль 14 обнаружения кавитации может выдавать измеренные данные о возможно обнаруженной кавитации в контроллер или привод 12 для управления управляющим клапаном 16 так, чтобы избежать кавитации в управляющем клапане 16 или уменьшить ее. Управляющий клапан 16 дополнительно содержит корпус 13, ограничивающий внутреннюю камеру 15. Модуль 14 обнаружения кавитации может быть соединен с корпусом 13, например, посредством резьбового соединения. Контакт между корпусом 13 и модулем 14 обнаружения кавитации выполнен так, что корпус 13 и модуль 14 обнаружения кавитации соединены с созданием акустической связи. Это означает, что акустические волны могут проходить по меньшей мере от корпуса 13 к модулю 14 обнаружения кавитации, обеспечивая акустический контакт модуля 14 обнаружения кавитации с внутренней камерой 15.
В альтернативном варианте, как показано на фиг. 6, модуль 14 обнаружения кавитации расположен во внутренней камере корпуса привода 12, причем привод 12 акустически связан с управляющим клапаном 16. Например, акустические волны могут проходить от управляющего клапана 16 к корпусу 13 управляющего клапана 16 через шток и горловину, соединяющие управляющий клапан 16 и привод 12. Таким образом, корпус и компоненты управляющего клапана 16, соединенные с приводом 12, образуют акустический мост между управляющим клапаном 16 и приводом 12. Следовательно, модуль 14 обнаружения кавитации акустически связан с управляющим клапаном 16.
На фиг. 2 показаны неэлектрические компоненты модуля 14 обнаружения кавитации. Модуль 14 обнаружения кавитации содержит несущий корпус 32, элемент акустической связи 38, корпусную оболочку 40, крышку 42 и соединитель 44, такой как соединитель стандарта DIN, хотя могут быть использованы любые другие подходящие соединители, например US В.
Корпусная оболочка 40 содержит нижний конец 37 и верхний конец 39. Длина корпусной оболочки 40 может быть в диапазоне от 50 мм до 200 мм, предпочтительно 100 мм. Диаметр корпусной оболочки 40 может быть в диапазоне от 10 до 50 мм, предпочтительно 34 мм. Верхний конец 39 содержит внутреннюю резьбу, которая может взаимодействовать с наружной резьбой крышки 42. Таким образом, крышка 42 может быть соединена с корпусной оболочкой 40.
Крышка 42 может вмещать соединитель 44 стандарта DIN для соединения модуля 14 обнаружения кавитации с электроникой и источниками питания, соединенными с управляющим клапаном 16 или расположенными на нем. Соединитель 44 стандарта DIN обеспечивает однокабельное соединение для сигнальных кабелей и кабелей питания.
Питающее напряжение источника питания, соединенного с соединителем 44 стандарта DIN, может быть, например, 24 В постоянного тока. Соединитель стандарта DIN может представлять собой соединитель типа DIN Amphenol.
Корпусная оболочка 40 содержит дополнительную внутреннюю резьбу у нижнего конца 37, которая может взаимодействовать с наружной резьбой 35 несущего корпуса 32. Таким образом, несущий корпус 32 может быть введен в корпусную оболочку 40 и соединен с корпусной оболочкой 40 завинчиванием.
Несущий корпус 32 может быть соединен с элементом 38 акустической связи посредством соединительного элемента, имеющего первый соединительный элемент 33 и второй соединительный элемент 34. Первый соединительный элемент 33 расположен на элементе 38 акустической связи. В данном примере первый соединительный элемент 33 представляет собой просверленное отверстие, содержащее стенку с резьбой. Второй соединительный элемент 34 расположен на несущем корпусе 32. В данном примере второй соединительный элемент 34 представляет собой стержень, имеющий наружную резьбу, которая может взаимодействовать с внутренней резьбой первого соединительного элемента 33. Это означает, что первый соединительный элемент 33 и второй соединительный элемент 34 могут быть соединены друг с другом путем завинчивания. Например, второй соединительный элемент 34 может быть винтом М12.
Элемент 38 акустической связи содержит поверхность 52 несущего корпуса и поверхность 54 корпуса. Поверхность 52 несущего корпуса выполнена с возможностью прикрепления к несущему корпусу 32. Поверхность 54 корпуса адаптирована к форме корпуса 13 в точке соединения модуля 14 обнаружения кавитации с корпусом 13.
Элемент 38 акустической связи в проиллюстрированном примере выполнен так, что имеет по существу плоскую секцию и первое отверстие 60. В показанном варианте осуществления волноводный опорный элемент 36 зажат между акустическим преобразователем 48 и акустическим датчиком 50, причем акустический преобразователь 48, например, расположен на первой стороне, а акустический датчик 50 на второй стороне волноводного опорного элемента 36. Один или оба из акустического преобразователя 48 и акустического датчика 50 могут быть расположены в контакте с волноводным опорным элементом 36 или на расстоянии от него.
Акустический преобразователь 48 и элемент 46 акустического датчика находятся в контакте с возможностью передачи данных и/или подачи питания через первое отверстие 60, которое может быть расположено у верхнего конца волноводного опорного элемента 36, при рассмотрении относительно второго соединительного элемента 34. Передача может осуществляться напрямую между акустическим преобразователем 48 и элементом 46 акустического датчика или через соединитель 44, такой как соединитель стандарта DIN.
Кроме того, несущий корпус 32 содержит волноводный опорный элемент 36. Функция волноводного опорного элемента 36 объяснена на фиг. 3 и 4.
На фиг. 3 показаны другие электронные компоненты модуля 14 обнаружения кавитации, предназначенные для прикрепления к несущему корпусу 32. Модуль 14 обнаружения кавитации дополнительно содержит печатную плату 50 и элемент 46 акустического датчика, содержащий, например, фольгу из титаната-цирконата свинца (ЦТС) 48. Элемент 46 акустического датчика прикреплен к несущему корпусу 32, а фольга ЦТС 48 проходит вдоль волноводного опорного элемента 36. Кроме того, элемент 46 акустического датчика может выдавать сигналы обнаружения кавитации для привода 12. Фольга ЦТС 48 может быть прикреплена к волноводному опорному элементу 36 посредством клея.
Печатная плата 50 может содержать электронные цепи, образующие электронный фильтрующий элемент 53 для фильтрации сигналов обнаружения кавитации от элемента 46 акустического датчика. Другие электронные цепи печатной платы 50 могут образовывать электронный усилительный элемент 55, который может усиливать сигнал обнаружения кавитации от элемента 46 акустического датчика. Выход электронного усилительного элемента 55 может быть от 0 до 10 В.
Электронный фильтрующий элемент 53 и электронный усилительный элемент 55 могут быть расположены на противоположных поверхностях печатной платы 50 относительно друг друга.
Печатная плата 50 может быть прикреплена к несущему корпусу 32 посредством прорезей 51. В данном примере печатная плата 50 проходит параллельно волноводному опорному элементу 36.
На фиг. 4 показаны элемент 46 акустического датчика и печатная плата 50, прикрепленные к несущему корпусу 32.
На фиг. 5 показан весь модуль 14 обнаружения кавитации. Несущий корпус 32 с установленными элементом 46 акустического датчика и печатной платой 50 вставлен в корпусную оболочку 40 и соединен с ней. Между корпусной оболочкой 40 и несущим корпусом 32 расположен уплотнительный элемент 58. Кроме того, крышка 42 ввинчена в корпусную оболочку 40. Между корпусной оболочкой 40 и крышкой 42 расположен дополнительный уплотнительный элемент 56.
Соединитель 44 стандарта DIN также прикреплен к крышке 42 и обеспечивает соединение кабелей питания и сигнальных кабелей с печатной платой 50 и элементом 46 акустического датчика. Кроме того, гнездо 38 датчика прикреплено к несущему корпусу 32 поверхностью 52 несущего корпуса.
Изобретение не ограничено одним из описанных выше вариантов осуществления. Оно может быть изменено множеством способов.
Все признаки и преимущества, следующие из формулы изобретения, описания и чертежей, включая конструктивные детали, пространственное расположение и этапы процедур, могут быть существенными для изобретения как сами по себе, так и в различных комбинациях.