RU2155363C1

RU2155363C1 - Flow regulator

Info

Publication number: RU2155363C1
Application number: RU99118319/09A
Authority: RU
Inventors: Экрам Абульфас оглы Исмиев; Ю.А. Филатов
Original assignee: Экрам Абульфас оглы Исмиев; Филатов Юрий Андреевич
Priority date: 1999-08-24
Filing date: 1999-08-24
Publication date: 2000-08-27

Abstract

FIELD: automatization and telemechanics of actuators. SUBSTANCE: given flow regulator has gate coming in the form of two spring-loaded valves set in casing and made fast to cup-free piston drive and placed between two seats. Flow pneumatic-hydraulic circuit of regulator with two return valves and two units of manual and remote control by means of lever and electromagnetic coils makes it feasible to function in alternating flow which is most important for cross-fed water, oil and gas pipe-lines. Flow regulator operates from negligible share of energy of own flow and is not connected to any external sources of power ensuring high speed of response and leak-tightness. EFFECT: decreased energy consumption thanks to exclusion of external sources of power for drive, enhanced functional reliability, leak- tightness and speed of response and improved operational convenience. 1 cl, 1 dwg

Description

Изобретение относится к области автоматизации и телемеханизации исполнительных органов. The invention relates to the field of automation and telemechanization of executive bodies.

Регуляторы потока, рассматриваемые в качестве аналогов заявленного устройства, содержат запорный орган, жестко прикрепленный к приводу, работающему от внешних источников силовой энергии. Flow controllers, considered as analogues of the claimed device, contain a shut-off element, rigidly attached to a drive operating from external sources of power energy.

Включение в конструкцию этих регуляторов электроприводов с червячными передачами либо поршневых приводов с изнашивающимися манжетами, также связанными с внешним источником силовой энергии, приводит к громоздкости, неэкономичности, снижению безопасности и быстродействия при аварийных режимах работы [1]. The inclusion in the design of these regulators of electric drives with worm gears or piston drives with wearing cuffs, also associated with an external source of power energy, leads to cumbersome, uneconomical, reduced safety and speed during emergency operation [1].

Известен регулятор потока, выбранный в качестве прототипа заявленного устройства, содержащий запорный орган в виде двух седел и помещенного между ними затвора, жестко прикрепленного к поршневому приводу [2]. Known flow regulator, selected as a prototype of the claimed device, containing a locking body in the form of two seats and a shutter placed between them, rigidly attached to a piston actuator [2].

Недостатками этих регуляторов являются недолговечность, обусловленная износом примененных в них поршневых манжетов, необходимость подачи к ним силовой энергии в виде давления воздуха либо жидкости от внешнего источника энергии, разрушение в условиях эксплуатации запорного органа и его негерметичность, достаточно быстрая разгерметизация уплотнительных прокладок шпинделя и др. The disadvantages of these regulators are the fragility due to the wear of the piston seals used in them, the need to supply them with power energy in the form of air or liquid pressure from an external energy source, the destruction of the shut-off element during operation and its leaks, fast enough depressurization of the spindle gaskets, etc.

Целью настоящего изобретения является снижение энергозатрат за счет исключения внешних источников силовой энергии для привода, повышение надежности, герметичности, быстродействия и удобств эксплуатации. The aim of the present invention is to reduce energy consumption by eliminating external sources of power energy for the drive, increasing reliability, tightness, speed and ease of use.

Указанная цель в регуляторе потока, содержащем запорный орган в виде двух седел и помещенного между ними затвора, жестко прикрепленного к поршневому приводу, достигнута выполнением затвора в виде двух подпружиненных клапанов, помещенных в обойму на ходовой посадке с образованием внутри обоймы межклапанной полости, сообщающей вход регулятора через пневмогидродроссель с полостью над поршнем, полость под которым через второй пневмогидродроссель сообщается с входом регулятора, вход и выход которого через два обратных клапана сообщаются с полостями двух первых сопел, над которыми установлены подпружиненные заслонки с образованием с корпусом пневмогидродросселей, полости под заслонками сообщены с надпоршневым и подпоршневым полостями, а полости над заслонками через два вторые сопла с подпружиненными заслонками сообщены с полостями под первыми заслонками, заслонки вторых сопел через загерметизированные штоки жестко прикреплены к сердечникам электромагнитов, а заслонки первых сопел через вторые загерметизированные штоки упираются на рычажок ручного управления. The specified goal in the flow regulator, containing a locking element in the form of two seats and a shutter placed between them, rigidly attached to the piston actuator, is achieved by performing a shutter in the form of two spring-loaded valves placed in a cage on the landing landing with the formation of an intervalve cavity inside the cage that communicates the input of the regulator through a pneumohydro-throttle with a cavity above the piston, a cavity under which through a second pneumohydro-throttle communicates with the input of the regulator, the input and output of which are communicated through two check valves the cavities of the first two nozzles, over which the spring-loaded shutters are installed with the formation of pneumatic hydro-throttles, the cavities under the shutters are connected with the supra-piston and sub-piston cavities, and the cavities above the shutters through the two second nozzles with the spring-loaded shutters are communicated with the cavities under the first shutters, the shutters of the second nozzles through the sealed rods rigidly attached to the cores of the electromagnets, and the shutters of the first nozzles through the second sealed rods abut against the manual control lever.

Сопоставительный анализ изобретения с прототипом показывает, что заявленное устройство соответствует критерию "новизна". Сравнение заявленного устройства не только с прототипом, но и с другими аналогами не позволило выявить в них отличительные признаки заявленного устройства, что позволило сделать вывод о соответствии критерию "существенные отличия". A comparative analysis of the invention with the prototype shows that the claimed device meets the criterion of "novelty." Comparison of the claimed device not only with the prototype, but also with other analogues did not allow us to identify the distinctive features of the claimed device, which allowed us to conclude that the criterion of "significant differences".

Конструктивная схема заявленного устройства приведена на чертеже. A structural diagram of the claimed device is shown in the drawing.

Регулятор потока содержит корпус 1 с седлами 2 и 3, на которые упираются разжатые пружиной 4 и установленные на ходовой посадке внутри обоймы 5 клапаны 6 и 7, между которыми образована межклапанная полость 8, сообщающаяся каналом 9 с полостью 10 между седлами. Межклапанная полость, в свою очередь, прикрепленной на резьбе к обойме трубкой 11 через пневмогидродроссель 12 сообщается с полостью 13 над поршнем 14 привода, а подпоршневая полость 15 через второй пневмогидродроссель 16, образованный между трубкой и корпусом, регулятора также сообщается с межседловой полостью. The flow regulator comprises a housing 1 with seats 2 and 3, which are supported by a spring 4 and valves 6 and 7 installed on the landing fit inside the casing 5, between which an inter-valve cavity 8 is formed, communicating by a channel 9 with a cavity 10 between the seats. The inter-valve cavity, in turn, attached to the ferrule by the tube 11 through the pneumatic valve 13 communicates with the cavity 13 above the piston 14 of the actuator, and the piston cavity 15 through the second pneumatic valve 16 formed between the tube and the casing of the controller also communicates with the inter-seat cavity.

Полости седел корпуса каналами 17 и 18 через обратные клапаны 19 и 20 с соплами 21 и 22 и пружинами 23 и 24, канал 25 сообщаются с полостями первых сопел 26 и 27, над которыми установлены заслонки 28 и 29 с пружинами 30 и 31, которые одновременно упираются на заслонки 32 и 33 вторых сопел 34 и 35. Клапаны 28 и 29 образуют с стенками корпуса пневмогидродроссели в виде гарантированных зазоров. Полости сопел 34 и 35 каналами 36 и 37 сообщаются через полости под заслонками 28 и 29 и каналы 38 и 39 с полостями поршня 14. Заслонки 32 и 33 через штоки 40 и 41 с сальниками 42 и 43 жестко прикреплены к сердечникам соленоидных катушек 44 и 45 с кнопками 46 и 47 (ручного) управления. Заслонки 28 и 29 через штоки 48 и 49 с сальниками 50 и 51 находятся под воздействием рычажка 52 ручного управления. The cavities of the body seats through the channels 17 and 18 through the check valves 19 and 20 with nozzles 21 and 22 and the springs 23 and 24, the channel 25 communicates with the cavities of the first nozzles 26 and 27, above which the shutters 28 and 29 are installed with springs 30 and 31, which are simultaneously abut against the shutters 32 and 33 of the second nozzles 34 and 35. Valves 28 and 29 form pneumohydro-throttles with the walls of the housing in the form of guaranteed gaps. The nozzle cavities 34 and 35 are connected by channels 36 and 37 through the cavities under the shutters 28 and 29 and the channels 38 and 39 with the piston cavities 14. The valves 32 and 33 through the rods 40 and 41 with the seals 42 and 43 are rigidly attached to the cores of the solenoid coils 44 and 45 with buttons 46 and 47 (manual) control. The flaps 28 and 29 through the rods 48 and 49 with the glands 50 and 51 are under the influence of the lever 52 manual control.

Жестко прикрепленный к поршню шток 53 уплотнен сальником 54 и на выпущенном внаружу из корпуса конца содержит указатель 55 положения затвора, а кожух 56 предохраняет шток с указателем от случайного повреждения. В нижней части корпуса регулятора потока предусмотрена крышка 57 для прочистки межседловой полости от грязи в условиях эксплуатации. Стрелки А и В указывают направления переменного потока через регулятор. The rod 53 rigidly attached to the piston is sealed with an oil seal 54 and on the end revealed from the housing, contains a pointer 55 of the shutter position, and the casing 56 protects the rod with the pointer from accidental damage. A cover 57 is provided in the lower part of the body of the flow regulator to clean the seat from dirt in operating conditions. Arrows A and B indicate the direction of the variable flow through the regulator.

Регулятор потока работает следующим образом. The flow controller operates as follows.

С подачей потока по стрелке "А" клапан 7, отжимаясь, отходит от седла 3, поток заполняет полость 10, откуда через канал 9, полость 8, трубку 11 и пневмогидродроссель 12 заполняется и полость 13. Заполняется и полость 15 через пневмогидродроссель 16. В полостях поршня 14 устанавливается одинаковое входное давление. Клапан 6, помимо пружины 14, давлением потока сильнее прижимается к седлу 2, что исключает подачу потока на выход регулятора. Поток по стрелке "А" закрывает обратный клапан 20, также исключая подачу потока на выход регулятора через канал 25 и обратный клапан 19. Пружины 30 и 31 прижимают заслонки 28 и 29 к соплам 26 и 27, а также заслонки 32 и 33 к соплам 34 и 35, также исключая поступление потока на выход регулятора через канал 25 и обратный клапан 19. Одновременно через пневмогидродроссели, образованные между заслонками 28 и 29 и корпусом, устанавливается входное давление над заслонками 28 и 29, сильнее прижимая их к своим соплам 26 и 27. With the flow in the direction of arrow “A”, valve 7, pushing up, departs from the seat 3, the flow fills the cavity 10, from where it passes through the channel 9, cavity 8, tube 11 and the pneumohydro-throttle 12 and the cavity 13. The cavity 15 is also filled through the pneumatic-hydraulic throttle 16. B the piston cavities 14 are set to the same inlet pressure. The valve 6, in addition to the spring 14, is pressed more strongly against the seat 2 by the flow pressure, which excludes the flow to the regulator output. The flow along arrow "A" closes the check valve 20, also excluding the flow to the regulator output through channel 25 and the check valve 19. The springs 30 and 31 press the shutters 28 and 29 to the nozzles 26 and 27, as well as the shutters 32 and 33 to the nozzles 34 and 35, also excluding the flow to the regulator’s output through channel 25 and the non-return valve 19. At the same time, the inlet pressure is set over the shutters 28 and 29 through pneumohydro-throttles formed between the shutters 28 and 29 and pressing them against their nozzles 26 and 27.

В регуляторе потока предусмотрены ручное и дистанционное управление. The flow regulator provides manual and remote control.

Ручное управление осуществляется воздействием рычажка 52 на штоки 48 и 49. При воздействии на шток 49 заслонка 29 отходит от сопла 27, давление с надпоршневой полости 13 через канал 39, канал 25 и обратный клапан 19 сбрасывается в полость седла 2, которая для случая стрелки "А" является выходной. Образовавшийся перепад давления поднимает вверх поршень 14, который тащит за собой обойму 5 с клапанами 6 и 7, седла 2 и 3 открываются и поток устремляется на выход по стрелке "А". Manual control is exercised by the action of the lever 52 on the rods 48 and 49. When the rod 49 is exposed, the valve 29 moves away from the nozzle 27, the pressure from the supra-piston cavity 13 through the channel 39, channel 25 and the check valve 19 is discharged into the cavity of the seat 2, which for the case of arrows A "is the day off. The resulting differential pressure lifts up the piston 14, which drags the yoke 5 with valves 6 and 7, the seats 2 and 3 open and the flow rushes to the outlet in the direction of arrow “A”.

Достаточно освободить рычажок 52, как сопло 27 закроется заслонкой 29, давления в полостях поршня 14 выравнятся и поршень немедленно остановится, зафиксировав в достигнутом положении затвор, фиксация которого обеспечивается прижатием затвора проходящим потоком к седлу 2. It is enough to release the lever 52, as the nozzle 27 is closed by the shutter 29, the pressures in the cavities of the piston 14 will equalize and the piston will immediately stop, having locked the shutter in its reached position, the fixation of which is ensured by pressing the shutter by the passing flow to the seat 2.

Расчетом и экспериментально установлено, что время открытия и закрытия седел регулятора, как правило, не превышает 2-3 секунд. Прекращение подачи потока на выход происходит в обратном порядке при воздействии рычажком 52 на шток 48, когда сбрасывается давление из подпоршневой полости 15 и поршень устремляется вниз, закрывая клапанами 6 и 7 седла 2 и 3. Calculation and experimentally established that the opening and closing times of the regulator seats, as a rule, do not exceed 2-3 seconds. The flow supply to the outlet is stopped in the reverse order when the lever 52 acts on the rod 48 when pressure is released from the sub-piston cavity 15 and the piston rushes down, closing valves 2 and 3 with valves 6 and 7.

Аналогичное происходит и при дистанционном управлении регулятором потока через соленоидные катушки 43 и 44. Однако для уменьшения мощности и габаритов соленоидных катушек сечения сопел 34 и 35 резко уменьшены в сравнении с сечениями сопел 26 и 27. Открытие сопел 34 и 35 электромагнитными катушками приводит к падению давления над заслонками 28 и 29 благодаря пневмогидродросселям, образованным между этими заслонками и корпусом. Образовавшийся перепад давления отводит эти заслонки от сопел 26 и 27, что приводит к управлению регулятором подачи потока, как уже описано выше. A similar situation occurs with the remote control of the flow controller through the solenoid coils 43 and 44. However, to reduce the power and dimensions of the solenoid coils, the sections of the nozzles 34 and 35 are sharply reduced in comparison with the sections of the nozzles 26 and 27. Opening the nozzles 34 and 35 by electromagnetic coils leads to a pressure drop above the dampers 28 and 29 due to pneumohydro-throttles formed between these dampers and the housing. The resulting pressure drop diverts these shutters from the nozzles 26 and 27, which leads to the control of the flow control valve, as already described above.

Можно также управлять работой регулятора вручную воздействием не на рычаг 52, а просто на кнопки 46 и 47. You can also control the operation of the regulator manually by acting not on the lever 52, but simply on the buttons 46 and 47.

При подаче потока по стрелке "Б" регулятор работает так же, как и при подаче потока по стрелке "А", так как регулятор имеет зеркально симметричную принципиальную и конструктивную схему. When the flow is supplied in the direction of arrow "B", the regulator operates in the same way as when the flow is supplied in the direction of the arrow "A", since the regulator has a mirror-symmetric circuit and design.

За достигнутым положением затвора легко наблюдать по указателю 55. В нижней части обоймы 5 предусмотрен острый клин для работы регулятора в условиях накопившейся грязи в межседловой полости. The achieved position of the shutter is easy to observe by the pointer 55. In the lower part of the casing 5 there is a sharp wedge for the regulator to operate in the conditions of accumulated dirt in the seat seat.

Таким образом, достигается работа регулятора потока на знакопеременном потоке с высоким быстродействием, что немаловажно при аварийных ситуациях. Подбором параметров пневмогидравлических дросселей легко достичь заданного быстродействия, исключающего гидравлические удары при работе на жидких средах. Thus, the work of the flow regulator is achieved on an alternating flow with high speed, which is important in emergency situations. By selecting the parameters of pneumohydraulic throttles, it is easy to achieve a given speed, eliminating hydraulic shocks when working on liquid media.

Работа поршня 14 без манжет с заданным микрозазором в корпусе обуславливает долговечность заявленного устройства. Мягкие уплотнения на седлах и соплах обеспечивают высокую герметичность регулятора, что немаловажно, например, при работе с горючими и взрывоопасными потоками. The operation of the piston 14 without cuffs with a predetermined micro-clearance in the housing determines the durability of the claimed device. Soft seals on the seats and nozzles provide high tightness of the regulator, which is important, for example, when working with combustible and explosive flows.

Возможность в предложенном устройстве значительно уменьшить усилие воздействия на штоки заслонок 32 и 33 путем уменьшения сечений сопел 34 и 35 и образования пневмогидросопротивлений заслонками 28 и 29 (пневмогидравлическая RC-цепочка) приводит к резкому уменьшению мощности и габаритов электромагнитных катушек, что немаловажно при дистанционном управлении регулятором потока. The ability in the proposed device to significantly reduce the force exerted on the rods of the shutters 32 and 33 by reducing the cross sections of the nozzles 34 and 35 and the formation of pneumohydroresistances by the shutters 28 and 29 (pneumohydraulic RC chain) leads to a sharp decrease in the power and dimensions of the electromagnetic coils, which is important for remote control of the controller flow.

Регулятор не требует внешнего источника силовой энергии, а работает непосредственно от пренебрежительно малой доли энергии проходящего через него потока. Это приводит не только к энергосбережению, но и обеспечивает чистоту окружающей среды, так как расходуется не рабочее тело потока, а всего лишь микродоля его энергии. The regulator does not require an external source of power energy, but works directly from a negligibly small fraction of the energy of the flow passing through it. This leads not only to energy saving, but also ensures a clean environment, since it is not the working fluid of the flow that is consumed, but only a micro fraction of its energy.

Быстродействие регулятора потока определяется секундами, что на порядок выше в сравнении с известными устройствами аналогичного назначения. The speed of the flow controller is determined in seconds, which is an order of magnitude higher in comparison with known devices of a similar purpose.

Проверкой работы и герметичности основных элементов и узлов в специализированных испытательных Центрах подтверждены преимущества предложенного регулятора перед известными устройствами. В силу изложенного, предложенный регулятор потока найдет широкое применение в различных отраслях промышленности, коммунального и сельского хозяйства. By checking the operation and tightness of the main elements and assemblies in specialized testing centers, the advantages of the proposed regulator over known devices are confirmed. In view of the foregoing, the proposed flow regulator will find wide application in various industries, utilities and agriculture.

Источники информации:
1. Трубопроводная арматура с автоматическим управлением. Справочник под ред. С.И. Косых, Ленинград, изд-во "Машиностроение", 1982, стр. 61 - 71.Sources of information:
1. Pipe fittings with automatic control. Handbook Ed. S.I. Kosykh, Leningrad, publishing house "Engineering", 1982, pp. 61 - 71.

2. Там же, стр. 70 - 71. 2. Ibid., Pp. 70 - 71.

Claims

1. The flow regulator containing a locking body in the form of two seats and a shutter placed between them, rigidly attached to a piston actuator, characterized in that its shutter is made in the form of two spring-loaded valves placed in a cage on the landing landing with the formation of an inter-valve cavity inside the cage, communicating the input of the regulator through a pneumatic orifice with a cavity above the piston, the cavity under which through the second pneumatic orifice also communicates with the input of the regulator, the input and output of which through the corresponding check valves communicate with the cavities of the first two nozzles, over which spring-loaded shutters are installed, rigidly attached to the sealed rods resting on the control lever, and the underfloor cavities under the corresponding spring-loaded shutters are in communication with the over-piston and under-piston cavities, respectively.

2. The flow regulator according to claim 1, characterized in that the shutters of the first nozzles are formed with the formation of pneumohydro-throttles in the form of a gap between the lateral surface of the shutters and the regulator body, the second nozzles are installed in the cavities above the shutters, the subfloor cavities of which are in communication with the cavities under the shutters of the respective the first nozzles, and the shutters of the second nozzles are spring-loaded and through the sealed rods are rigidly attached to the cores of the corresponding solenoid coils with control buttons.