Гидравлическое регулирующее устройство

Предполагаемая полезная модель относится к области автоматического регулирования расходов тепло или холодоносителей в различных теплотехнических системах, преимущественно для систем отопления и горячего водоснабжения.
Она может быть использована для регулирования температурных или расходных параметров рабочих сред путем их смешения, для регулирования температурных параметров теплоносителя или разделения, для стабилизапии температурных параметров объектов регулирования.
Предлагаемое регулирующее устройство может работать в паре с различными маломощными электрическими, пневматическими или гидравлическими приводами.
Известны близкие по своему техническому рещению регулирующие устройства различных конструкций с безсильфонным регулирующим органом, см. например устройства по авт. свид. СССР №№ 840821, 1043603 и 1462258 по МПК G05D, 7/01, которые могут быть приняты за аналоги, так как регулирующий орган в них выполнен в виде плоской заслонки размещенной в тороидальной камере. Заслонка не имеет механической связи с управляющим приводом, а управляющее воздействие привода на заслонку осуществляется через поток рабочей жидкости, протекающей через регулирующее устройство. Обеспечение работоспособности аналогов и слежение регулирующей заслонки за перемещением управляющего элемента обеспечивается в них различными способами, в том числе и выполнением профилированного паза в стенке рабочей камеры или профилированного вкладыща, вставляемого в этот паз.
камере с некоторым зазором и управляющий клапан с управляющими каналами, связывающими рабочую камеру с выходным патрубком корпуса. Данное регулирующее устройство принято за прототип.
Работоспособность прототипа, также как и в предлагаемом регулирующем устройстве обеспечивается увеличением площади проходного сечения зазора между заслонкой и стенками рабочей камеры по мере открытия заслонки путем смещения оси её поворота относительно оси радиуса цилиндрической поверхности рабочей камеры. Недостатком аналогов и прототипа являются ограниченные технологические возможности, так как они предназначены для работы в качестве простейших двухходовых регулирующих устройств и регуляторов, конечной целью которых является дросселирование потока рабочей жидкости по сигналу от соответствующего датчика. Они не могут быть использованы для построения регуляторов более высокого уровня, например, трехходовых для смешения или разделения потоков рабочей жидкости.
Техническим результатом предлагаемой полезной модели является создание простой конструкции базового трехходового регулирующего устройства с более широкими технологическими возможностями при сохранении положительных качеств прототипа и аналогов, заключающихся, например, в использовании простого и надежного регулирующего органа в виде плоской заслонки, которая выполняет одновременно роль регулирующего органа, чувствительного элемента и усилителя мощности управляющего элемента или его привода.
Технический результат в предлагаемой полезной модели достигается тем, что в ней для создания трехходового регулирующего устройства регулирующий орган выполнен в виде подпружиненной качающейся V-образной заслонки, размещенной в рабочей камере, имеющей форму части цилиндра, разделенной жестко соединенной с корпусом прямоугольной перегородкой, делящей рабочую камеру на две половины, в каждой из которых размещена одна из двух плоских прямоугольных частей регулирующей заслонки, причем ось качания регулирующей заслонки совпадает с острой кромкой разделительной перегородки и расположена эксцентрично относительно оси цилиндрической поверхности рабочей камеры.
На фиг.1 схематически изображена базовая конструкция предлагаемого гидравлического регулирующего устройства, осевой разрез: на фиг.2 изображен вариант конкретного исполнения (сборки) рабочей камеры устройства, показанного на фиг.1, для использования последнего в качестве трехходового смесительного регулирующего устройства; на фиг.З - то же, но в качестве трехходового разделительного регулирующего устройства.
Смесительное и разделительное регулирующие устройства состоят из одних и тех же деталей и отличаются между собой только особенностями сборки.
Базовая конструкция (фиг.1) состоит из трехходового корпуса 1 с тремя патрубками 2, 3 и 4 для подвода и отвода рабочей жидкости, разделительной перегородки 5, V-образной регулирующей заслонки 6, каждое крыло которой имеет прямоугольный профиль, одной или нескольких пружин 7 для поджима регулирующей заслонки к острой рабочей кромке разделительной перегородки, вкладышей 8, имеющих форму части цилиндрической поверхности и управляющего клапана 9 с подводящими 10 и 11 и отводящим 12 управляющими
,iY-; -- /
f-,
)
каналами, выполненными в верхней, неподвижной, части разделительной перегородки.
Корпус 1 с плоскими боковыми стенками снабжен прямоугольными упорами 13 и 14, выполняющими роль прямолинейных седел, ограничивающих поворот регулирующей заслонки и обеспечивающих перекрытие потоков рабочей жидкости, протекающей через корпус регулирующего устройства.
Внутреннее, замкнутое пространство корпуса, ограниченное его плоскими боковыми стенками, цилиндрическими поверхностями вкладыщей 8 и двумя плоскими прямоугольными крыльями V-образной регулирующей заслонки 6, образуют рабочую камеру регулирующего устройства. Разделительная перегородка 5 делит рабочую камеру на две полости, левую 15 и правую 16, изолированные друг от друга. Между подвижными боковыми кромками заслонки и плоскими боковыми стенками корпуса имеются минимально возможные зазоры постоянной величины при любом положении регулирующей заслонки в рабочей камере.
Радиус кривизны вкладыщей 8 всегда постоянен с центром в точке А (см. фиг. 2 и 3), но острая прямолинейная кромка разделительной перегородки 5 установлена с возможностью вертикального смещения и закрепления для обеспечения эксцентричности качания регулирующей V-образной заслонки, находящейся в соприкосновении с острой прямолинейной кромкой, при сборке смесительного (фиг.2) или разделительного (фиг.З) вариантов регулирующих устройств.
Для выполнения функций смесительного регулирующего устройства разделительная перегородка 5 установлена так, что её острая прямолинейная .кромка (точка Б на фиг.2) находится ниже точки А оси радиуса кривизны цилиндрических поверхностей вкладыщей 8 рабочей камеры на величину эксцентриситета 5, равного не менее половины максимального зазора S между цилиндрической поверхностью вкладыщей и торцевой кромкой V-образной заслонки, т.е. ,5 S.
Благодаря такому эксцентриситету радиальный зазор между каждой из верхних кромок заслонки и цилиндрической поверхностью вкладыщей 8 в левой и правой частях рабочей камеры имеет возможность увеличиваться от минимального S1, до максимального S по мере перемещения левого или правого крыла заслонки в сторону разделительной перегородки, т.е. по мере открытия каждого из входных патрубков 2 или 3 корпуса.
Для выполнения функций разделительного регулирующего устройства перегородка 5 установлена так, что её острая прямолинейная кромка (точка Б на фиг.З) находится выще точки А - оси радиуса кривизны цилиндрических поверхностей вкладыщей 8 рабочей камеры, также на величину эксцентриситета ,5 S.
Благодаря этому траектория движения верхних кромок заслонки будет такой, что радиальный зазор между каждой из верхних кромок и цилиндрической поверхностью вкладыщей имеет возможность увеличиваться от S1 до S по мере приближения каждого крыла заслонки к своим посадочным упорам 13 и 14.
Ниже приводятся описания работы гидравлического регулирующего устройства (фиг.1) в зависимости от варианта его конкретного исполнения (сборки) - смесительного (фиг.2) или разделительного (фиг.З).
Смесительное регулирующее устройство работает следующим образом (фиг.1, фиг.2).
При подаче рабочей жидкости в патрубки 2 и 3 при открытом управляющем канале 10 и закрытом управляющем канале 11, как показано на фиг.1, правая полость рабочей камеры сообщена через управляющий канал 12 с выходным патрубком 4 корпуса.
Рабочая жидкость, поступающая через зазоры между кромками регулирующей заслонки и неподвижными боковыми стенками рабочей камеры, а также через зазор между заслонкой и пилиндрической поверхностью вкладыща 8, в правую её полость, будет сливаться в выходной патрубок 4, в котором давление рабочей жидкости всегда меньще, чем давление в любом из входных патрубков 2 и 3, а также меньще, чем в правой полости 16 за счет дросселирования зазорами поступающего расхода рабочей жидкости.
Под действием перепада давлений на правом крыле регулирующей заслонки она будет стремиться открыться, повернувшись против часовой стрелки. Одновременно с этим, рабочая жидкость, поступающая через зазоры в левую рабочую полость 15 рабочей камеры из входного патрубка 2 при закрытом управляющем канале 11, как показано на фиг.1, создает давление в рабочей полости 15 равное входному давлению рабочей жидкости в патрубке 2. Действуя на всю внутреннюю поверхность левого крыла заслонки, оно создает усилие, превыщающее усилие от действия того же входного давления на поверхность заслонки, ограниченную седельной перегородкой 13. Левое крыло регулирующей заслонки также будет стремиться переместиться влево, против часовой стрелки.
Таким образом, при закрытом управляющем канале 11 и открытом канале 10, что обеспечивается верхним положением управляющего клапана 9, как показано на фиг.1, V-образная регулирующая заслонка закроет входной патрубок 2 и откроет входной патрубок 3. Рабочая жидкость в выходной патрубок 4 будет поступать только из входного патрубка 3.
При принудительном перемещении управляющего клапана 9 вниз до упора, будет открыт управляющий канал 11 и закрыт управляющий канал 10. При этом регулирующая заслонка 6 перекроет входной патрубок 3 и откроет патрубок 2. Рабочая жидкость в выходной патрубок 4 будет поступать только из входного патрубка 2.
При определенном промежуточном положении управляющего клапана регулирующая заслонка также займет соответствующее промежуточное положение, пропуская в выходной патрубок расходы рабочей жидкости одновременно из обеих входных каналов. Если под действием каких-либо причин заслонка переместится, например, влево на некоторую величину (повернется против часовой стрелки), то увеличится площадь проходного сечения рабочего зазора между кромкой заслонки и цилиндрической поверхностью вкладыща 8 в правой части рабочей камеры (фиг.2), что уменьщит гидравлическое сопротивление зазора. Одновременно уменьщится площадь проходного сечения рабочего зазора в левой части рабочей камеры и увеличится его гидравлическое сопротивление.
Натекание рабочей жидкости в правую рабочую полость 16 превысит её слив через управляющий клапан в выходной патрубок. Давление в рабочей полости 16 будет увеличиваться. Одновременно с этим уменьшится натекание рабочей жидкости в левую рабочую полость 15. Слив её из этой полости в выходной канал превысит натекание, давление в рабочей полости 15 будет уменьшаться. Под действием суммарных усилий от изменившихся перепадов давлений на обеих крыльях регулирующей заслонки, она вернется в первоначальное положение, восстановив при этом равенство натекающих и сливающихся расходов рабочей жидкости в каждой своей части рабочей камеры.
Разделительное регулирующее устройство работает следующим образом (фиг.1, фиг.З).
При открытом управляющем канале 10 и закрытом канале 11, как показано на фиг.1, поток рабочей жидкости, поступающий из входного канала 4 по управляющему каналу 12, входной торец которого направлен навстречу потоку, будет поступать в правую полость 16 рабочей камеры. Давление в камере будет увеличиваться и приближаться к полному давлению во входном канале.
Правое крыло заслонки будет испытывать усилие от действия этого давления всей внутренней своей поверхностью, а с внешней стороны только половиной своей площади, ограниченной седельной перегородкой 14.
В левой половине рабочей камеры 15 будет давление такое же, что и в выходном патрубке 2, т.к. управляющий канал 11 перекрыт клапаном 9. Левое крыло заслонки испытывает повыщенное входное давление только со стороны входного патрубка на свою нижнюю половину, ограниченную седельной перегородкой 13.
Под действием усилий от создавшихся перепадов давлений на правое и левое крыло регулирующей заслоню она будет поворачиваться вправо, по часовой стрелке, закрывая патрубок 3 и открывая патрубок 2.
При определенном промежуточном положении управляющего клапана оба управляющих канала 10 и 11 будут частично открыты и регулирующая заслонка займет положение соответствующее величинам этих открытий. Рабочая жидкость из канала 4 будет одновременно поступать в выходные патрубки 2 и 3. Величины расходов рабочей жидкости опять будут соответствовать величинам открытия управляющих каналов 10 и И, т.е. соответствующему положению управляющего клапана 9.
Механизм слежения регулирующей заслонки за перемещениями управляющего клапана тот же, что и в описанном выще смесительном регулирующем устройстве.
Как можно проследить из описания предложенное трехходовое регулирующее устройство, собранное из одних и тех же деталей, может выполнять функпии как смесительного, так и разделительного регулирующего устройства.
Очевидная простота конструкции позволяет обойтись без использования дорогостояших и довольно сложных сильфонных чувствительных элементов. повсеместно используемых в регулирующих устройствах, построенных по традиционным схемам.
r
Предлагаемое регулирующее устройство позволяет использовать маломощные управляющие приводы единых габаритов для любого типоразмерного ряда регулЕгрующих устройств.
К положительным особенностям регулирующего устройства относится и то, что изменением эксцентриситета 5 между осью поворота регулирующей заслонки и осью радиуса цилиндрической поверхности рабочей камеры можно изменять зону пропорциональности регулирующего устройства (зависимость между величиной отклонения регулируемого параметра и полным открытием регулирующего органа).
Это удобно, так как позволяет только регулировкой, без механических доработок в процессе эксплуатации прибора на действующем объеьсте поднастраивать его под гидравлические характеристики объекта регулирования.
ныи директор
вторы:
Дата:/9.12.2002г.
.Н. Иванов
Ю.Б. Юферев
В.Н. Иванов
О.Н. Андреев