RU1797101C

RU1797101C - Device for controlling flow rate

Info

Publication number: RU1797101C
Application number: SU904844504A
Authority: RU
Inventors: Юрий Петрович Сафонов; Андрей Витальевич Зеленкин; Вадим Николаевич Новопашенный; Марина Валерьевна Шерстобоева
Original assignee: Ленинградский Кораблестроительный Институт
Priority date: 1990-06-26
Filing date: 1990-06-26
Publication date: 1993-02-23

Abstract

Использование: изобретение относитс к области автоматического регулировани и может быть использовано дл управлени потоками различных жидкостей и газов, Сущность: использование конусообразного корпуса 1. охваченного обмоткой 5 с постепенно увеличивающимс в сторону выходного патрубка 3 числом витков и применение регулирующего органа, состо щего из подпружиненных друг к другу посредством окружных упругих элементов 8 ферромагнитных кольцевых сегментов 7, внутренн поверхность которых снабжена упругими лепестками 7 в форме секторов окружности с попарно соединенными вершинами . 2 з.п,ф-лы, 3 ил.Usage: the invention relates to the field of automatic control and can be used to control the flows of various liquids and gases. SUBSTANCE: use of a cone-shaped body 1. covered by a winding 5 with a gradually increasing number of turns towards the outlet pipe 3 and the use of a regulatory body consisting of spring-loaded ones to each other by means of circumferential elastic elements 8 of ferromagnetic ring segments 7, the inner surface of which is provided with elastic petals 7 in the form of a circle of vertices with pairwise connected vertices. 2 s.p., f-ly, 3 ill.

Description

Фиг./Fig. /

Изобретение относитс к автоматическому регулированию и может быть использовано в различных област х народного хоз йства дл регулировани потоков кости и газа.The invention relates to automatic control and can be used in various fields of the national economy to control the flow of bone and gas.

Известно устройство дл регулировани расхода, содержащее заключенный в обмотку корпус с входным и выходным патрубками и двум перфорированными встав- ками, между которыми р азмещены предварительно намагниченные ферромагнитные тела сферической формы, и источник регулируемого переменного напр жени , св занный с обмоткой, выполненной с посто нно увеличивающимс числом витков в направлении выходного патрубка.A device for controlling the flow rate is known, comprising a housing enclosed in a winding with inlet and outlet nozzles and two perforated inserts between which pre-magnetized spherical ferromagnetic bodies are located, and a variable voltage source connected to the winding made continuously an increasing number of turns in the direction of the outlet.

Недостатком известного устройства вл ютс большие габариты, обусловленные размещением конической обмотки на цилиндрическом- корпусе, и сильное вли ние регулирующего органа (сферических тел) на характер потока при режимах больших расходов , вызванное посто нным присутствием в проточной части устройства сферических тел, и привод щее к существенному ограничению значени расхода.A disadvantage of the known device is its large dimensions, due to the placement of the conical winding on the cylindrical body, and the strong influence of the regulator (spherical bodies) on the nature of the flow at high flow rates, caused by the constant presence of spherical bodies in the flow part of the device, and leading to significantly limiting the flow rate.

Наиболее близким по технической сущности к изобретению вл етс устройство дл регулировани расхода, содержащее заключенный е обмотку корпус из немагнитного материала с входным и выходным патрубками, между которыми размещен регулирующий орган, включающий ферромагнитное кольцо, установленное в полости корпуса с возможностью осевого перемещени , и непроницаемый дл рабочей среды эластичный рукав из упругого материала, и источник регулируемого переменного пр жени , подключенный.к обмотке. ;Closest to the technical nature of the invention is a device for controlling the flow rate, comprising a enclosed winding of a body made of non-magnetic material with inlet and outlet nozzles, between which there is a regulating body including a ferromagnetic ring mounted in the cavity of the housing with axial movement and impermeable to the working medium is an elastic sleeve made of an elastic material, and a variable voltage source connected to the winding. ;

Известное устройство отличаетс существенно меньшими габаритами, что достигаетс за счет размещени цилиндрической обмотки на цилиндрическом корпусе. Одна ко указанный регул тор не обеспечивает надежное перекрытие, т.е, практически нулевой расход.The known device is characterized by significantly smaller dimensions, which is achieved by placing a cylindrical winding on a cylindrical body. However, the specified controller does not provide reliable overlap, i.e., practically zero flow.

Целью изобретени вл етс расширение функциональных возможностей за счет обеспечени функций запорного устройства ,The aim of the invention is to expand the functionality by providing the functions of a locking device,

Дл достижени поставленной цели в известном устройстве содержащем заключенный в обмотку корпус из немагнитного материала с входным и выходным патрубками , между которыми размещен регулирующий орган, включающий ферромагнитное кольцо/установленное в полости корпуса с возможностью осевого перемещени , непроницаемой дл рабочей среды эластичный рукав, источник регулируемого переменного напр жени , подключенный к обмотке , внутри корпуса выполнена конусообразна полость, ориентированна To achieve this goal, in a known device comprising a non-magnetic material enclosed in a winding casing with inlet and outlet pipes, between which a regulating body is placed, including a ferromagnetic ring / mounted in the cavity of the casing with the possibility of axial movement, an elastic sleeve impermeable to the working medium, an adjustable variable source voltage connected to the winding, a conical cavity is oriented inside the housing, oriented

вершиной в сторону выходного патрубка, обмотка выполнена с постепенно увеличивающимс в направлении выходного патрубка числом витков, ферромагнитное кольцо выполнено в виде четного числа подпружиненных друг к другу в окружном направлении кольцевых сегментов, снабженных закреплёнными на их внутренней поверхности лепестками из эластичного упругого материала, например, резины, выполненными в форме секторов окружности и соединенными попарно вершинами, эластичный рукав, св зывающий между собой входной и выходной патрубки, выполнен из упругого материала, например, резины.the apex towards the outlet pipe, the winding is made with a gradually increasing number of turns in the direction of the outlet pipe, the ferromagnetic ring is made in the form of an even number of annular segments spring-loaded to each other in the circumferential direction, provided with petals of elastic material, such as rubber, fixed on their inner surface made in the form of circular sectors and vertically connected in pairs, an elastic sleeve connecting the inlet and outlet pipes to each other is made and elastic material such as rubber.

При этом наружную поверхность ферромагнитных кольцевых сегментов предпочтительно выполн ть с той же конусностью, что и внутреннюю поверхность корпуса, а внутренн поверхность корпуса может бытьIn this case, the outer surface of the ferromagnetic ring segments is preferably made with the same taper as the inner surface of the housing, and the inner surface of the housing can be

снабжена антифрикционным покрытием, например, из фторопласта.equipped with an anti-friction coating, for example, of fluoroplastic.

Выполнение внутренней полости корпуса в виде конуса позвол ет измен ть в широких пределах геометрию регулирующегоThe implementation of the inner cavity of the body in the form of a cone allows you to vary widely the geometry of the regulating

органа, представленного в виде раздвижного кольца, при его поступательном перемещении вдоль от устройства. Кроме Того, в сочетании с конусной обмоткой, така форма корпуса обеспечивает минимальные габариты устройству.body, presented in the form of a sliding ring, with its translational movement along from the device. In addition to that, in combination with a conical winding, such a shape of the housing provides the minimum dimensions of the device.

Использование с постепенно увеличивающимс в сторону выходного патрубка числом витков дает возможность обеспечить градиент напр женности магнитногоThe use with a gradually increasing number of turns towards the outlet pipe makes it possible to provide a magnetic stress gradient

пол вдоль оси устройства с максимумом в зоне выходного патрубка, в результате чего компенсируетс увеличение сопротивлени трени при перемещении регулирующего органа в сторону выходного патрубка и осуществл етс работа сжати составного ферромагнитного кольца.the field along the axis of the device with a maximum in the area of the outlet pipe, which compensates for the increase in friction resistance when the regulator moves toward the outlet pipe and the compression of the composite ferromagnetic ring is carried out.

Выполнение ферромагнитного кольца в виде подпружиненных друг к другу в окружном направлении кольцевых сегментов позвол ет измен ть диаметр регулирующего органа в зависимости от величины местного сечени конусообразной полости корпуса, а также обеспечивает возвращение регулирующего органа в исходное состо ние при отсутствии внешнего магнитного пол (за счет усили распр млени окружных пружин, стрем щихс придать составному ферромагнитному кольцу максимальный диаметр ).The implementation of the ferromagnetic ring in the form of annular segments spring-loaded to each other in the circumferential direction makes it possible to change the diameter of the regulatory body depending on the local cross section of the conical cavity of the housing, and also ensures that the regulatory body returns to its original state in the absence of an external magnetic field (due to spreading circumferential springs, striving to give the composite ferromagnetic ring a maximum diameter).

Снабжение внутренних поверхностей ферромагнитных кольцевых сегментов эластичными упругими лепестками в форме секторов окружности обеспечивает эффективное изменение проходного сечени устройства при сжатии (раст жении) составного кольца, причем минимальному диаметру ферромагнитного кольца соответствует полностью перекрытое проходное сечение, при котором лепестки, плотно прилега друг к другу, образуют непроницаемую дл рабочей среды пробку, а при максимальном диаметре ферромагнитного кольца регулирующий орган полностью выведен за пределы проточной части устройства , и не оказывает никакого вли ни на характер потока в режиме максимального расхода.Providing the inner surfaces of the ferromagnetic ring segments with elastic elastic petals in the form of circle sectors provides an effective change in the bore of the device when compressing (stretching) the composite ring, and the minimum diameter of the ferromagnetic ring corresponds to a completely blocked bore, in which the petals, lying snug against each other, form cork impervious to the working medium, and with the maximum diameter of the ferromagnetic ring, the regulating body is completely withdrawn n beyond the running of the device, and has no effect on the flow pattern in the maximum flow mode.

Четное число кольцевых сегментов и попарное соединение смежных лепестков вершинами за счет упругой деформации изгиба последних позвол ют уменьшить габариты устройства. Кроме того предлагаемое крепление лепестков друг к другу обеспечивает более гибкий характер их взаимодействи с эластичным рукавом в процессе регулировани , величины, исключающий возможность механического повреждени рукава острыми гран ми лепестков.An even number of annular segments and pairwise connection of adjacent petals with vertices due to the elastic deformation of the bend of the latter make it possible to reduce the dimensions of the device. In addition, the proposed attachment of the petals to each other provides a more flexible nature of their interaction with the elastic sleeve during the adjustment process, the values excluding the possibility of mechanical damage to the sleeve by the sharp edges of the petals.

Соединение входного и выходного патрубков эластичным рукавом, выполненным из упругого материала позвол ет обеспечить гибкий характер гидродинамического взаимодействи регулирующего органа с регулируемым потоком, осуществл емый через поверхность рукава и исключающий возможность возникновени , возмущений потока.The connection of the inlet and outlet nozzles with an elastic sleeve made of an elastic material allows the flexible nature of the hydrodynamic interaction of the regulatory body with the adjustable flow to be carried out through the surface of the sleeve and eliminating the possibility of flow disturbances.

Выполнение наружной поверхности ферромагнитных кольцевых сегментов с той же конусностью, что и у внутренней поверхности корпуса позвол ет исключить возникновение перекосов при перемещении регулирующего органа.The implementation of the outer surface of the ferromagnetic ring segments with the same taper as that of the inner surface of the housing eliminates the occurrence of distortions when moving the regulatory body.

Снабжение внутренней поверхности корпуса антифрикционным покрытием призвано снизить потери на трение при движении регулирующего органа.Providing the inner surface of the housing with an anti-friction coating is designed to reduce friction losses during movement of the regulatory body.

Таким образом, перечисленные отличительные признаки в совокупности с ограничительными признаками придают новые свойства за вл емому обьекту, а именно, за счет использовани конусного корпуса, охваченного конусной обмоткой, а также попарно соединенных вершинами упругих эластичных лепестков, закрепленных на внутренней поверхности кольцевых ферромагнитных сегментов, образующих раздвижное кольцо, достигаетс существенное уменьшение габаритов устройства и обеспечиваетс режим максимального расхода, при котором регулирующий орган не оказывает вли ни на характер потока.Thus, the above distinguishing features, together with the restrictive features, give new properties to the property, namely, through the use of a conical body covered by a conical winding, as well as pairwise connected vertices of elastic elastic petals fixed on the inner surface of the annular ferromagnetic segments forming sliding ring, a significant reduction in the dimensions of the device is achieved and a maximum flow rate is ensured, in which the regulatory body does not affect the nature of the flow.

В известных из науки и техники реше- 5 ни х (в объеме проведенного авторами поиска ) указанные признаки не были обнаружены, что позвол ет утверждать соответствие изобретени критерию существенные отличи .In the solutions known from science and technology (in the scope of the search performed by the authors), these features were not found, which allows us to confirm that the invention meets the criterion of significant differences.

0 На фиг. 1 представлен продольный разрез устройства дл регулировани расхода; на фиг. 2 - торцевой разрез регулирующего органа в положении, соответствующем режиму максимального расхода; на фиг. 3 5 торцевой разрез регулирующего органа при режиме нулевого расхода.0 in FIG. 1 is a longitudinal section through a flow control device; in FIG. 2 - end section of the regulatory body in the position corresponding to the maximum flow rate; in FIG. 3 5 end section of the regulatory body in the regime of zero flow.

Устройство состоит из корпуса 1, выполненного из немагнитного материала в форме конуса, и снабженного входным 2 иThe device consists of a housing 1 made of a non-magnetic material in the form of a cone, and provided with an input 2 and

0 выходным 3 патрубками, св зывающими устройство с магистральным трубопроводом 4. Снаружи корпус 1 охвачен обмоткой 5, выполненной с постепенно увеличивающимс в сторону выходного патрубка 3 чис5 лом витков, и несколько больше, чем это показано на фиг, 1, смещенной в направлении патрубка 3. Внутри корпуса 1 входной 2 и выходной 3 патрубки соединены между собой эластичным упругим рукавом 6. Сна0 ружи рукав 6 охвачен составным ферромагнитным кольцом, набранным из кольцевых сегментов 7, подпружиненных друг к другу в окружном направлении посредством упругих элементов 8 (пружин). На внутренних0 output 3 nozzles connecting the device with the main pipeline 4. Outside, the housing 1 is covered by a winding 5 made with gradually increasing towards the output nozzle 3 number of turns, and slightly more than shown in Fig. 1, shifted in the direction of the nozzle 3 Inside the casing 1, the inlet 2 and the outlet 3 nozzles are interconnected by an elastic elastic sleeve 6. On the gun, sleeve 6 is surrounded by a composite ferromagnetic ring, assembled from ring segments 7, spring-loaded to each other in a circumferential direction m of elastic elements 8 (springs). In domestic

5 поверхност х кольцевых сегментов 7 закреплены лепестки 9, выполненные из эластичного упругого материала в форме секторов окружности. При этом смежные лепестки 9 попарно соединены вершинами.On the 5 surfaces of the annular segments 7, petals 9 are made of elastic elastic material in the form of circular sectors. In this case, the adjacent petals 9 are pairwise connected by vertices.

00

Работа устройства осуществл етс следующим образом.The operation of the device is as follows.

При отсутствии напр жени питани на обмотке 5. ферромагнитное составное коль5 цо располагаетс в зоне максимального сечени полости корпуса 1 возле входного патрубка 2 (см. фиг. 1). Распр мленное состо ние окружных пружин 8 обеспечивает наибольшую величину зазора между коль0 цевыми сегментами 7, что определ ет максимальный диаметр составного кольца. Смежные упругие лепестки 9, скрепленные между собой вершинами, в результате деформации изгиба не осуществл ют механи5 ческого взаимодействи с эластичным упругим рукавом б, который, на всем прот жении , сохран ет такое же проходное сечение , что и магистральный трубопровод 4. Величина расхода рабочей среды через устройство при этом максимальна, а характерIn the absence of a supply voltage on the winding 5. the ferromagnetic composite ring is located in the zone of the maximum cross section of the cavity of the housing 1 near the inlet pipe 2 (see Fig. 1). The straightened state of the circumferential springs 8 provides the largest gap between the annular segments 7, which determines the maximum diameter of the composite ring. Adjacent elastic petals 9, fastened together by vertices, as a result of bending deformation, do not interact mechanically with elastic flexible sleeve b, which, throughout its entire length, retains the same flow area as the main pipeline 4. The flow rate of the working medium through the device at the same time is maximum, and the character

потока не испытывает никакого вли ни со стороны регулирующего органа.the flow is not affected by the regulatory body.

Подача питающего напр жени на обмотку 5 приводит к тому, что под действием магнитного пол ферромагнитное составное кольцо начинает перемещатьс в направлении выходного патрубка 3. По мере уменьшени сечени конусообразной полости корпуса 1 пружины 8 сжимаютс и диаметр кольца уменьшаетс . В результате сближени кольцевых сегментов 7 упругие лепестки 9 начинают распр мл тьс , вступа во взаимодействие с эластичным упругим рукавом б и осуществл упругую деформацию последнего, что приводит к уменьшению проходного сечени устройства , а следовательно, и к ограничению расхода рабочей среды.The supply voltage to the winding 5 causes the ferromagnetic composite ring to move in the direction of the outlet pipe 3 under the influence of the magnetic field. As the cross section of the conical cavity of the housing 1 decreases, the springs 8 are compressed and the diameter of the ring decreases. As a result of the convergence of the annular segments 7, the elastic petals 9 begin to spread, interacting with the elastic elastic sleeve b and effect the elastic deformation of the latter, which leads to a decrease in the cross section of the device and, consequently, to a limitation of the flow rate of the working medium.

Поддержание на обмотке 5 какого-либо установившегос значени напр жени будет способствовать тому,что усилие, возникающее при взаимодействии ферромагнитного материала кольцевых сегментов 7 с магнитным полем обмотки 5, окажетс уравновешенным жёсткостью окружных пружин 8 и сопротивлением трени кольца о внутреннюю поверхность корпуса 1, в результате чего величина проходного сечени иMaintaining any steady-state voltage value on winding 5 will contribute to the fact that the force arising from the interaction of the ferromagnetic material of the ring segments 7 with the magnetic field of the winding 5 will be balanced by the stiffness of the circumferential springs 8 and the friction resistance of the ring on the inner surface of the housing 1, as a result what is the value of the cross section and

значение расхода через устройство будут оставатьс неизменными.the flow rate through the device will remain unchanged.

Повышение напр жени питани на обмотке 5 приведет к дальнейшему смещениюIncreasing the supply voltage on winding 5 will lead to further bias

составного ферромагнитного кольца в сторону выходного патрубка и, соответственно, еще большему уменьшению его диаметра, что вызовет более интенсивную деформацию рукава 6 и сокращение расхода вплотьof a composite ferromagnetic ring towards the outlet pipe and, accordingly, an even greater reduction in its diameter, which will cause a more intense deformation of the sleeve 6 and a reduction in consumption up to

до полного перекрыти устройства (см. фиг. 3).until the device is completely blocked (see Fig. 3).

При сн тии напр жени с обмотки 5 окружные пружины 8, распр мл сь, вытолкнут ферромагнитное составное кольцо вWhen the voltage is removed from the winding 5, the circumferential springs 8, expanded, the ferromagnetic composite ring is pushed into

зону максимального сечени конусообразной полости корпуса 1, регулирующий орган вернетс в исходное состо ние и расход рабочей среды через устройство вновь установитс максимальным,the zone of the maximum cross section of the conical cavity of the housing 1, the regulatory body will return to its original state and the flow rate of the working medium through the device will again be set maximum,

Устройство дл регулировани расхода обеспечивает высокие точность и быстродействие регулировани в широком диапазоне значений расхода. При обеспечении соответствующего алгоритма управлени The flow control device provides high accuracy and speed control over a wide range of flow rates. By providing an appropriate control algorithm

предлагаемое техническое решение позвол ет реализовать любой возможный закон регулировани расхода, допускающий его изменени от нулевого до максимально возможного значений.The proposed technical solution makes it possible to implement any possible flow control law, allowing its change from zero to the maximum possible value.

Формул.а изобретени SUMMARY OF THE INVENTION

Claims

1. A device for controlling the flow rate, comprising a non-magnetic material body enclosed in a winding and connected to a variable voltage source with input and output pipes, between which a regulating body is placed, including a ferromagnetic ring mounted in the cavity of the housing with axial movement and impermeable for the working medium, an elastic sleeve made of an elastic material, characterized in that, in order to expand the functionality by providing the functions of a locking device -keeping, within a housing formed to nusoobrazna cavity vertex oriented towards the outlet nozzle.

the winding is made with a constantly increasing number of turns in the direction of the outlet pipe, the ferromagnetic ring is made in the form of an even number of annular segments spring-loaded to each other in the circumferential direction, equipped with petals of elastic material made on the inner surface, made in the form of circle sectors and connected in pairs peaks

2. The device according to p. 1, characterized in that the outer surfaces of the ferromagnetic ring segments are made with the same taper as the inner surface of the housing,

3. The device according to claim 1, with the exception that the inner surface of the housing is provided with an anti-friction coating.