RU44843U1

RU44843U1 - GAS FLOW REGULATOR

Info

Publication number: RU44843U1
Application number: RU2004132478/22U
Authority: RU
Inventors: Е.Н. Котов; В.Л. Рубан; Ю.Н. Ташкалов; А.В. Щербаков
Original assignee: Открытое акционерное общество Научно-производственное объединение "Наука" (ОАО НПО "Наука")
Priority date: 2004-11-10
Filing date: 2004-11-10
Publication date: 2005-03-27

Abstract

Предлагаемое техническое решение касается полезной модели, как объекта промышленной собственности, и относится к авиационному оборудованию, предназначенному для регулирования расхода газа, отбираемого от двигателей летательного аппарата. Известны регуляторы расхода газа, содержащие клапан регулирования с пневмоприводом, трубку Вентури с датчиками давления и перепада давления, подключенные ко входу электро-цифрового вычислителя расхода с интегральным выходом, который через электропневмопреобразователь управляет клапаном регулирования расхода. Ожидаемый технический результат предполагаемой полезной модели состоит в расширении области работы регулятора с возможностью ограничения скорости нарастания выходного давления. Технический результат достигается тем, что регулятор снабжен пневмозадатчиком, в корпусе которого имеется седло, управляемое двумя связанными между собой подпружиненными мембранами с разными в общем случае эффективными площадями, разделяющими корпус пневмозадатчика на две рабочие, межмембранную и подмембранную, полости, при этом: первая рабочая полость сообщена с входным патрубком клапана регулирования посредством узла ограничения скорости изменения давления и ограничителя предельного давления, а ко второй подключен выход электропневмопреобразователя, межмембранная полость сообщена с атмосферой, а подмембранная полость подключена к пневмоприводу клапана регулирования расхода посредством седла пневмозадатчика, а также тем, что интегрирующий узел регулятора содержит переключатель скорости интегрирования, подключенный к датчику давления мерного устройства расхода.The proposed technical solution relates to a utility model, as an object of industrial property, and relates to aviation equipment designed to regulate the flow of gas taken from the aircraft engines. Known gas flow controllers containing a control valve with a pneumatic actuator, a venturi with pressure and differential pressure sensors, connected to the input of an electro-digital flow computer with integrated output, which through an electro-pneumatic converter controls the flow control valve. The expected technical result of the proposed utility model is to expand the scope of the regulator with the possibility of limiting the rate of rise of the output pressure. The technical result is achieved by the fact that the regulator is equipped with a pneumatic probe, in the housing of which there is a seat controlled by two interconnected spring-loaded membranes with generally different effective areas dividing the pneumatic probe into two working, intermembrane and submembrane cavities, wherein: the first working cavity communicated with the inlet pipe of the control valve by means of a node for limiting the rate of change of pressure and limiter of the limiting pressure, and the output of the electric of the non-transducer, the intermembrane cavity is in communication with the atmosphere, and the submembrane cavity is connected to the pneumatic actuator of the flow control valve through the seat of the pneumatic sensor, and also by the fact that the integrating unit of the regulator contains an integration speed switch connected to the pressure sensor of the flow meter.

Description

Предложение касается полезной модели, как объекта промышленной собственности, и относится к области авиационного оборудования, в частности, к регуляторам расхода газа для систем кондиционирования летательного аппарата.The proposal concerns a utility model as an object of industrial property, and relates to the field of aviation equipment, in particular, to gas flow regulators for air conditioning systems of an aircraft.

Особенностью регуляторов расхода газа является то, что они работают на нагрузку - установку кондиционирования воздуха с переменным гидравлическим сопротивлением, зависящим от режима эксплуатации летательного аппарата (зима-лето, высота полета, количество тепловыделений в гермокабине), т.е. при неизменной величине расхода давление за клапаном регулирования может меняться в широком диапазоне. Использование регуляторов давления "после себя" для этих целей невозможно, т.к. они могут поддерживать постоянным расход только при одном и том же гидравлическом сопротивлении нагрузки.A feature of gas flow controllers is that they work on a load - an air conditioning unit with variable hydraulic resistance, depending on the operating mode of the aircraft (winter-summer, flight altitude, the amount of heat in the pressurized cabin), i.e. at a constant flow rate, the pressure behind the control valve can vary over a wide range. Using pressure regulators "after yourself" for these purposes is impossible, because they can maintain constant flow only at the same hydraulic load resistance.

В известной системе кондиционирования [1] используется регулятор расхода газа, включающий в себя мерное устройство, электронный блок управления и клапан регулирования в виде электроприводной заслонки, которая имеет значительное время перекладки из края в край. Это обусловливает возможность забросов по расходу при изменениях давления на входе регулятора расхода.In the known conditioning system [1], a gas flow controller is used, which includes a measuring device, an electronic control unit and a control valve in the form of an electric drive damper, which has a significant transfer time from edge to edge. This makes it possible to overflow the flow rate when pressure changes at the inlet of the flow regulator.

Известны регуляторы расхода [2] с пневматическим клапаном регулирования, обладающим достаточным быстродействием по перекладке. Недостатком данных регуляторов является то, что при снижении давления на входе (когда не может обеспечиваться заданный расход) клапан регулирования полностью открывается, что может приводить к забросам по давлению с нерегулируемой скоростью изменения параметров при увеличении давления на входе регулятора, т.к. скорость изменения давления на выходе регулятора не ограничивается до величины требуемого расхода.Known flow controllers [2] with a pneumatic control valve having sufficient speed for transfer. The disadvantage of these regulators is that when the inlet pressure decreases (when the set flow rate cannot be provided), the control valve opens completely, which can lead to pressure drops with an unregulated rate of change of parameters with increasing pressure at the inlet of the regulator, because the rate of change of pressure at the outlet of the regulator is not limited to the value of the required flow.

Наиболее близким техническим решением к заявляемому объекту, принятым в качестве прототипа, является регулятор расхода газа [3]. Он содержит последовательно установленные в трубопроводе клапан регулирования расхода с пневмоприводом и мерное устройство расхода (трубка Вентури) с датчиками давления и перепада давления, выходы которых подключены ко входу электро-цифрового вычислителя расхода, имеющего узел выбора задания. Выход вычислителя подключен к пневмоприводу клапана регулирования через интегрирующий узел и электропневмопреобразователь. Вход электропневмопреобразователя сообщен с входным патрубком клапана регулирования через ограничитель давления.The closest technical solution to the claimed object, adopted as a prototype, is a gas flow regulator [3]. It contains a pneumatically actuated flow control valve and a flow meter (Venturi tube) sequentially installed in the pipeline with pressure and differential pressure sensors, the outputs of which are connected to the input of an electro-digital flow computer with a job selection unit. The output of the calculator is connected to the pneumatic actuator of the control valve through an integrating unit and an electropneumatic converter. The input of the electro-pneumatic converter is in communication with the inlet pipe of the control valve through a pressure limiter.

Недостатком такого регулятора расхода является то, что при снижении давления на входе ниже допустимого клапан регулирования полностью открывается, что при увеличении давления на входе может привести к забросам по давлению и расходу с нерегулируемой скоростью, а также к разрушению турбохолодильного агрегата установки кондиционирования.The disadvantage of such a flow regulator is that when the inlet pressure drops below the permissible value, the control valve opens completely, which, when the inlet pressure increases, can lead to pressure and flow overflows with an unregulated speed, as well as to destruction of the turbo-refrigeration unit of the air conditioning installation.

Следовательно, область нормальной работы известного регулятора расхода газа ограничена величиной входного давления от номинального до максимального. При давлениях ниже номинального регулятор не работоспособен.Therefore, the normal operation area of the known gas flow controller is limited by the inlet pressure from nominal to maximum. At pressures below the nominal, the regulator is not operational.

Целью настоящего предложения (ожидаемым техническим результатом) является расширение области работоспособности регулятора расхода газа.The purpose of this proposal (the expected technical result) is to expand the field of operability of the gas flow controller.

Данная цель достигается тем, что он снабжен пневмозадатчиком, в корпусе которого имеется седло, управляемое двумя связанными между собой подпружиненными мембранами с разными в общем случае эффективными площадями, разделяющими корпус пневмозадтчика на две рабочие, межмембранную и подмембранную, полости, при этом: первая рабочая полость сообщена с входным патрубком клапана регулирования посредством узла ограничения скорости изменения давления и ограничителя предельного давления, например, дроссельно-емкостного типа, а ко второй подключен выход электропневмопреобразователя, межмембранная полость сообщена с атмосферой, а подмембранная полость подключена по линии обратной связи к выходному патрубку клапана, при этом пневмопривод клапана регулирования расхода сообщен со входным патрубком через дроссель, а с атмосферой - посредством седла пневмозадатчика. А также тем, что интегрирующий узел содержит переключатель скорости интегрирования, подключенный к датчику давления мерного устройства расхода.This goal is achieved by the fact that it is equipped with a pneumatic probe, in the body of which there is a saddle, controlled by two interconnected spring-loaded membranes with generally different effective areas, dividing the pneumatic probe body into two working, intermembrane and submembrane cavities, while: the first working cavity communicated with the inlet pipe of the control valve by means of a pressure limiting unit and a limit pressure limiter, for example, a throttle-capacitive type, and to the second the output of the electropneumatic converter, the intermembrane cavity is in communication with the atmosphere, and the submembrane cavity is connected via a feedback line to the outlet pipe of the valve, while the pneumatic actuator of the flow control valve is connected to the inlet pipe through the throttle, and with the atmosphere through the seat of the pneumatic sensor. As well as the fact that the integrating unit contains an integration speed switch connected to a pressure sensor of a flow measuring device.

В результате анализа технической и патентной литературы в данной области техники не обнаружено технических решений, которые обладали бы признаками, отличающими заявленное техническое решение от прототипа [3]. Следовательно, заявляемый объект отвечает критерию "новизна".As a result of the analysis of technical and patent literature in the technical field, no technical solutions were found that would possess features distinguishing the claimed technical solution from the prototype [3]. Therefore, the claimed object meets the criterion of "novelty."

Заявляемая полезная модель является "промышленно приемлемой", что подтверждается нижеследующим описанием со ссылками на чертеж.The inventive utility model is "industrially acceptable", which is confirmed by the following description with reference to the drawing.

На чертеже изображена схема регулятора расхода газа, содержащего последовательно установленные в трубопроводе 1 клапан регулирования 2 с The drawing shows a diagram of a gas flow controller containing sequentially installed in the pipeline 1 control valve 2 s

пневмоприводом 3 и линией обратной связи 4, мерное устройство расхода 5 с датчиками давления 6 и перепада давления 7. Выходы датчиков подключены ко входу электро-цифрового вычислителя расхода 8, имеющего узел выбора задания 9. Выход вычислителя подключен к интегрирующему узлу 10, а тот к электропневмопреобразователю 11, пневмовход которого сообщен с входным патрубком клапана регулирования через ограничитель минимального давления 12.pneumatic actuator 3 and feedback line 4, a flow meter 5 with pressure sensors 6 and differential pressure 7. The outputs of the sensors are connected to the input of an electro-digital flow computer 8 having a job selection unit 9. The output of the computer is connected to an integrating unit 10, and that one electro-pneumatic transducer 11, the pneumatic inlet of which is in communication with the inlet pipe of the control valve through the minimum pressure limiter 12.

Между электропневмопреобразователем 11 и пневмоприводом 3 расположен пневмозадатчик 13, который имеет управляемое седло 14, связанные между собой мембраны 15 и 16, полости: первую 17 и вторую 18 рабочие полости, межмембранную 19 и подмембранную 20. К первой рабочей полости 17 подключен узел 21 ограничения скорости изменения давления и ограничитель предельного давления 22. В пневмоприводе имеется пружина 23, а интегрирующий узел 10 содержит переключатель 24 скорости интегрирования.Between the electro-pneumatic transducer 11 and the pneumatic actuator 3 there is a pneumatic pickup 13, which has a controlled seat 14, interconnected membranes 15 and 16, cavities: the first 17 and second 18 working cavities, intermembrane 19 and submembrane 20. A speed limiting unit 21 is connected to the first working cavity 17 pressure changes and limit pressure limiter 22. There is a spring 23 in the pneumatic actuator, and the integration unit 10 includes an integration speed switch 24.

Пвевмопривод 3 содержит управляющую 25 полость, пружину 26 и шток 27. В корпусе клапана регулирования 2 находится поворотный дросселирующий орган.The pneumatic actuator 3 contains a control cavity 25, a spring 26 and a stem 27. In the housing of the control valve 2 is a rotary throttle body.

Работает регулятор следующим образом. В управляющую полость 25 (сильфон) пневмопривода 3 поступает управляющее воздействие (давление), создаваемое перемещением седла 14, под действием которого сжимается пружина 26 и перемещается шток 27, что вызывает поворот дросселирующего органа клапана регулирования 2. В зависимости от положения дросселирующего органа изменяется давление на выходе клапана регулирования расхода 2. Давление на выходе клапана регулирования расхода 2 по линии обратной связи 4 поступает в подсильфонную полость пневмопривода 3, чем компенсирует усилие на шток 27. Шток, а следовательно, и дросселирующий орган клапана регулирования расхода 2 занимают стабильные положения.The regulator operates as follows. The control cavity 25 (bellows) of the pneumatic actuator 3 receives a control action (pressure) created by the movement of the seat 14, under the action of which the spring 26 is compressed and the stem 27 is moved, which causes the throttle body to rotate the control valve 2. Depending on the position of the throttle body, the pressure changes the output of the flow control valve 2. The pressure at the output of the flow control valve 2 through feedback line 4 enters the bellows cavity of the pneumatic actuator 3, thereby compensating for the force on the rod 27. to, and therefore the throttling body of the flow control valve 2 occupy stable positions.

Пневмозадатчик 13 предназначен для выработки управляющего пневмоприводом 3 сигнала. В нем решается алгебраическое уравнение:The pneumosensor 13 is designed to generate a signal controlling the pneumatic actuator 3. It solves the algebraic equation:

Р_у=Р_о-Р_п-Р_с; где:P _y = P _o —P _p —P _s ; Where:

Р_у - давление сигнала, поступающего на пневмопривод от пневмозадатчика 13;R _y is the pressure of the signal supplied to the pneumatic actuator from the pneumosensor 13;

Р_о - давление сигнала от ограничителя предельного давления 22;P _about - the pressure of the signal from the limit pressure limiter 22;

Р_п - давление, создаваемое усилием пружины 23;R _p - pressure created by the force of the spring 23;

Р_с - давление сигнала, создаваемого электропневмопреобразователем при отклонении расхода от заданного значения расхода.P _with - the pressure of the signal generated by the electropneumatic converter when the flow deviates from the set flow rate.

Для случая, когда давление на входе трубопровода 1 превышает гидравлическое сопротивление нагрузки при неизменном заданном расходе газа давление Р_о, поступающее в первую рабочую полость 17 пневмозадатчика 13, равно давлению на входе трубопровода 1, либо ограничивается ограничителем 22. Это давление может превысить значение гидравлического сопротивления нагрузки, тогда вступает в работу электроцифровой вычислитель расхода 8, который вычисляет текущий расход газа по датчикам давления 6 и перепада давления 7 на мерном устройстве 5. Вычисленное значение текущего расхода сравнивается со значением заданного расхода, выбранного узлом выбора задания 9. Из-за превышения давления над гидравлическим сопротивлением нагрузки возникает сигнал рассогласования, который поступает на интегрирующий узел 10, где накапливается и преобразуется в токовый сигнал, поступающий на катушку электропневмопреобразователя 11. Последний преобразовывает токовый сигнал в давление газа Р_с, которое поступает во вторую рабочую полость 18 пневмозадатчика 13. Давление Р_с уменьшает давление Р_у до значения равного давлению гидравлического сопротивления нагрузки. При изменении входного давления в трубопроводе 1 регулятор работает как регулятор давления газа "после себя" при неизменном значении задания. При изменении гидравлического сопротивления нагрузки происходит переход In the case when the pressure at the inlet of the pipeline 1 exceeds the hydraulic resistance of the load with a constant gas flow rate, the pressure P _о entering the first working cavity 17 of the pneumatic sensor 13 is equal to the pressure at the inlet of the pipe 1 or is limited by a limiter 22. This pressure can exceed the value of the hydraulic resistance load, then an electronic digital flowmeter 8 enters into operation, which calculates the current gas flow rate using pressure sensors 6 and differential pressure 7 on the measuring device 5. Calculated The current flow rate value is compared with the set flow rate value selected by the task selection unit 9. Due to the excess of pressure over the hydraulic resistance of the load, a mismatch signal appears, which is fed to the integrating unit 10, where it is accumulated and converted into a current signal supplied to the electropneumatic converter coil 11. The latter converts the current signal into gas pressure P _s , which enters the second working cavity 18 of the pneumatic sensor 13. Pressure P _s reduces the pressure P _y to the value pa pressure of the hydraulic resistance of the load. When the inlet pressure in the pipeline 1 changes, the regulator acts as a gas pressure regulator "after itself" with a constant task value. When the hydraulic resistance of the load changes,

давления Р_у на новое значение, равное новому значению гидравлического сопротивления нагрузки, как было описано ранее.pressure P _at a new value equal to the new value of the hydraulic resistance of the load, as described previously.

Если давление на входе трубопровода 1 падает и становится меньше давления гидравлического сопротивления нагрузки, сигнал интегрирующего узла 10 пропадает, следовательно, давление Р_с становится равным нулю. Регулятор переходит на режим работы в режиме регулятора давления "после себя", где величиной задания является давление на входе трубопровода 1, уменьшенное на величину Р_п за счет влияния пружины 23. При повышении входного давления изменяется и давление Р_у но со скоростью, определяемой узлом ограничения скорости 21.If the pressure at the inlet of the pipeline 1 drops and becomes less than the pressure of the hydraulic resistance of the load, the signal of the integrating node 10 disappears, therefore, the pressure P _with becomes equal to zero. The regulator switches to the mode of operation of the pressure regulator "after itself", where the set value is the pressure at the inlet of the pipeline 1, reduced by the value of P _p due to the influence of the spring 23. With an increase in the input pressure, the pressure P _u also changes at a speed determined by the unit speed limits 21.

Для стабилизации влияния давления Р_с имеется ограничитель минимального давления 12, величина установки которого выбирается несколько ниже давления в трубопроводе 1 на всех режимах эксплуатации, а для обеспечения работоспособности даже при низком давлении эффективность мембраны 15 выбирается выше эффективности мембраны 16.To stabilize the influence of pressure P _with there is a minimum pressure limiter 12, the installation value of which is chosen slightly lower than the pressure in the pipe 1 in all operating modes, and to ensure operability even at low pressure, the effectiveness of the membrane 15 is selected above the efficiency of the membrane 16.

Из условия устойчивой работы регулятора требуется, чтобы время изменения давления от нуля до максимального значения на выходе электропневмопреобразователя Р_с не оставалось на всех режимах постоянным.From the condition of stable operation of the regulator, it is required that the time of pressure change from zero to the maximum value at the output of the electro-pneumatic transducer P _with does not remain constant in all modes.

Так как при разном гидравлическом сопротивлении нагрузки давлением Р_с от электропневмопреобразователя надо компенсировать разные величины давления Р_о, т.е., чем меньше гидравлическое сопротивление тем больше величина Р_с, и, наоборот, чем больше - тем меньше. Известно, что величина расхода газа характеризуется гиперболической зависимостью давления от перепада на мерном устройстве. Тем самым, чем меньше давление на выходе, тем больше надо менять давление Р_с. Поэтому переключатель 24 скорости интегрирования изменяет указанную скорость в обратнопропорциональной зависимости от давления на мерном устройстве расхода 3.Since for different hydraulic resistance of the load with pressure P _s from the electropneumatic transducer, it is necessary to compensate for different values of pressure P _o , i.e., the lower the hydraulic resistance, the greater the value of P _s , and, conversely, the more, the less. It is known that the gas flow rate is characterized by a hyperbolic dependence of pressure on the differential pressure on the measuring device. Thus, the lower the outlet pressure, the more pressure P _s must be changed. Therefore, the integration speed switch 24 changes the indicated speed in inversely proportional to the pressure on the flow meter 3.

Источники информации, принятые во внимание при составлении заявки:Sources of information taken into account when preparing the application:

1. Руководство по летной эксплуатации ТУ204 - 120 с. Эксплуатация систем и оборудования - Кондиционирование воздуха, глава 8.11, рис8.11.2 Структурная схема системы кондиционирования;1. Flight operation manual TU204 - 120 s. Operation of systems and equipment - Air conditioning, chapter 8.11, fig. 8.11.2 Block diagram of the air conditioning system;

2. Авторское свидетельство SU 1264142 А1, класс G 05 D 7/01.2. Copyright certificate SU 1264142 A1, class G 05 D 7/01.

3. ABG-SEMCA, System description note, report № RAN-G700-121, 14.06.1996.3. ABG-SEMCA, System description note, report No. RAN-G700-121, 06/14/1996.

Claims

1. A gas flow regulator comprising a flow control valve with a pneumatic actuator and a feedback line sequentially installed in the pipeline, a flow meter (Venturi tube) with pressure and differential pressure sensors, the outputs of which are connected to the input of an electro-digital flow computer with a job selection unit , and the output of the calculator, in turn, is connected through an integrating unit, for example, a stepper motor, to an electropneumatic converter, the pneumatic inlet of which is in communication with the inlet of the control valve pressure limiter, characterized in that it is equipped with a pneumatic probe, in the housing of which there is a seat controlled by two interconnected spring-loaded membranes with generally different effective areas dividing the pneumatic probe body into two working, intermembrane and submembrane cavities, : the first working cavity is in communication with the inlet pipe of the control valve by means of a unit for limiting the rate of change of pressure, for example, a throttle-capacitive type, and a limiter pressure limit, and the output of the electropneumatic transducer is connected to the second, the intermembrane cavity is in communication with the atmosphere, and the submembrane cavity is connected to the pneumatic actuator of the flow control valve through the seat of the pneumatic sensor.

2. The gas flow regulator according to claim 1, characterized in that the integrating unit comprises an integration speed switch connected to a pressure sensor of a flow measuring device.