Регулятор температури

Реферат: Регулятор температури містить корпус з патрубками підведення та відведення і встановленим в ньому пружинним термосиловим приводом регулювального органу з титанонікелевого сплаву і оборотним двостороннім ефектом пам'яті форми. Термосиловий привід виконаний з «і» термочутливих елементів у вигляді гвинтових циліндричних пружин із сплаву ВСП-1 на основі нікеліду титану і «j» зворотних пружин, які встановлені, відповідно, під і над упорною гайкою, на з'єднаних з золотниковим регулювальним органом рухомих штоках, центральний з яких у верхній частині за допомогою регулювальної гайки зв'язаний з органом налаштовування регульованої температури, а циліндричний корпус містить перепускний патрубок при зміщенні його осі відносно осі патрубка відведення на відстань   H з  2 px  з і 2 рх - висота та  максимальний робочий хід золотника). UA 101418 U (54) РЕГУЛЯТОР ТЕМПЕРАТУРИ UA 101418 U UA 101418 U 5 10 15 20 25 30 35 40 45 50 55 60 Корисна модель належить до регуляторів температури прямої дії недистанційних і може бути використана для регулювання температури рідини в системах охолодження та масляних системах стаціонарних, суднових, тепловозних і промислових дизельних установок, газових двигунів і газомотокомпресорів. Пріоритетна галузь застосування - масляні системи газотурбінних двигунів суднових, корабельних, газоперекачуючих станцій, коґенераційних установок, пересувних газотурбогенераторів та плавних електростанцій. Відомий терморегулятор, який містить корпус з патрубками підведення, відведення і перепуску, встановлений поміж ними термочутливий елемент, який зв'язаний 5 регулювальним органом і зворотною пружиною (див. А.с. СССР № 1267378, ΜПК G05D 23/02, опубл. 30.10.86, Кюл. № 6). Недоліки різноманітних конструкцій регуляторів прямої дії (в тому числі і тих, що використовуються в експлуатованих газотурбінних двигунах) в основному залежать від ступеня досконалості термочутливих елементів. Існуючі термачутливі елементи у вигляді термосильфонів та термобалонів з парорідинним, рідинним і твердим наповнювачем мають наступні недоліки: низька циклічна стійкість; складність виготовлення і відносно висока вартість; неремонтнопридатність; обмежені значення вихідних параметрів (робочий хід, зусилля); відносно невисока температура експлуатації (до 120 °C або допустиме температурне перевантаження (менше 25 °C); вузький діапазон регулювання (зона пропорційності не більше 10-11 °C); висока інерційність (постійна часу не більше 60…100 с). Діапазон регулювання температури більшості існуючих регуляторів складає 5-10 °C. Враховуючи, що температура масла на вході в газотурбінний двигун повинна бути в межах 4050 °C, то в цих умовах регулятор підтримує температуру тільки до 45-50 °C. При підвищенні температури масла на виході з двигуна регулятор по "перепуску" закривається і все масло (температурою вище 50 °C спрямовується до маслоохолодника. Регулювання здійснюється шляхом включення-виключення електровентиляторів апаратів повітряного охолодження масла або зміною витрат води на маслооохолодник. Витрати електроенергії на привід електродвигунів збільшуються. Температура масла на виході (газотурбінного двигуна складає 100-120 °C. Відбувається температурне перевантаження регулятора температури. Температура налаштовування (40-50 °C) перевищена на 50-70 °C (при допустимому значенні 20-25 °C протягом часу не більше 10 хв.). Можливий вихід з ладу регулятора температури викличе порушення температурної о режиму експлуатації масляної системи двигуна. Найближчим аналогом корисної моделі є регулятор температури за патентом України на корисну модель № 52100А, МПК (.051) 23/08, опубл. 16.12.2002, Бюл. № 12. Він містить корпус 5 патрубками підведення та відведення і встановлений в ньому термосиловий привід у вигляді попередньо підтиснутої гвинтової циліндричної пружини із титано-нікелевого сплаву з оборотним двостороннім ефектом пам'яті форми. Один кінець пружини зв'язаний з упором і органом налаштовування регульованої температури, а другий з одноклапанним регулювальним органом. При досить низький інерційності (стала часу декілька секунд) регулятор температури – найближчий аналог має декілька недоліків. При температурі рідини лише температури початку зворотного мартенситного перетворення регулятор закривається. Інтервали температур прямого і зворотного мартенситних перетворень (зона пропорційності регулятора) залежать від хімічного складу сплаву на основі нікеліду титану. Повнота відновлення оборотного ефекту пам'яті форми при охолодженні пружини нижче температури прямого мартенситного перетворення залежить від максимально необхідної кількості циклів стабілізуючого термосилового циклування. Вона також залежить від хімічного складу сплаву. Тільки визначений хімічний склад сплаву і експериментально обґрунтований спосіб виготовлення пружинних термочутливих елементів дозволить отримати їх необхідні характеристики. Задача корисної моделі: забезпечення лінійної статичної характеристики регулювального органу без "пасивної зони" при підвищеному номінальному ході; розширення діапазону регулювання температури (іони пропорційності) при низькій інерційності (постійній часу); підвищення граничної температури експлуатації та циклічної стійкості термочутливого елемента; спрощення конструкції регулятора при зниженні його масогабаритних показників і підвищенні терміну служби. Поставлена задача вирішується тим, що в регуляторі температури, який містить корпус з патрубками підведення та відведення і встановленим в ньому пружинним термосиловим 1 UA 101418 U 5 приводом регулювального органу із титано-нікелевого сплаву з оборотним двостороннім ефектом пам'яті форми, згідно з корисною моделлю, термосиловий привід виконаний з "і" термочутливих елементів у вигляді гвинтових циліндричних пружин із сплаву ВСП-1 на основі нікеліду титану і "j" зворотних пружин, які встановлені, відповідно, під і над упорною гайкою, на з'єднаних з золотниковим регулювальним органом рухомих штоках, центральний з яких у верхній частині зв'язаний за допомогою регулювальної гайки з органом налаштовуваня температури, а циліндричний корпус має перепускний патрубок при зміщенні його осі відносно осі патрубка відведення на відстань   H з  2 px  з і  рх - висота і максимальний робочий  10 15 20 25 30 35 40 хід золотника). Доцільно гвинтові циліндричні пружини із сплаву ВСП-1 на основі нікеліду титану -3 виготовляти з діаметром і кроком навивання 2d і 4d (d=2•10 м - діаметр дроту) та піддавати при максимальному деформуванні і жорсткому заневолюванню у цьому стані, стабілізуючому термосиловому циклуванню з кількістю циклів не менше 100. Використання в термосиловому приводі термочутливих елементів у вигляді гвинтових циліндричних пружин із сплаву ВСП-1 на основі нікеліду титану з високою циклічною стійкістю 5 6 (до 10 -10 циклів) та визначеним інтервалом температур початку і кінця прямого (Мп = 80-60 °C, Мк = 50-30 °C) і зворотного (Ап = 80-90 °C, Ак = 85-115 °C) мартенситних перетворень сприяє: - розширенню діапазону регулювання температури рідини (зона пропорційності не більше 55-65 °C) і зниженню інерційності приводу (стала часу не більше 2-3 с) при збільшенні температури експлуатації до 180-200 °C; - збільшенню робочого ходу регулювального органу та забезпеченню необхідного зусилля для його переміщення; - забезпеченню ремонтопридатності приводу; - спрощенню конструкції та зниженню масогабаритних показників регулятора при збільшеному терміні його служби. Виконання регулювального органу у вигляді золотника сприяє отриманню лінійної витратної характеристики регулятора без "пасивної зони". З точки зору зусиль та переміщень, які генеруються при відновленні пам'яті форми, найбільш прийнятні циліндричні пружини 5 діаметром і кроком навивання 2d і 4d при діаметрі -3 дроту d=2•10 м. Цей висновок підтверджено результатами експериментальних досліджень -5 -3 впливу кроку пружин (від 5•10 м ло 8•10 м) на їх деформаційно-силові характеристики. Вибір діаметра дроту обґрунтований необхідністю зменшення часу його нагрівання в інтервалі температур зворотного мартенситного перетворення. Стабілізуюче термосилове циклування максимально деформованих та жорстко заневолених у ньому стані при температурі t < Мк пружин π сплаву ВСП-1, які виготовлені л кроком -3 навивання 4 d(8•10 м), сприяє: - збільшенню максимального корисного зусилля при відновленні пам'яті форми на 20 %; - стабілізуванню величини залишкової деформації при втраті пам'яті форми на рівні 30 % від максимально можливої. Зростання корисних зусиль відбувається за перші 100 циклів. При збільшенні кількості циклів вище 100 відбувається стабілізація зусиль. Зміщення осі перепускного патрубка відносно осі патрубка відведення на відстань   H з  2 px  з і  рх - висота та максимальний робочий хід золотника) сприяє закриттю  45 50 55 перепускного патрубка при температурі рідини t=Aк, а патрубка відведення - при t = Мк. Регулятор температури містить циліндричний корпус 1 з гільзою 2, яка встановлена в ньому, патрубками підведення 3, відведення 4 та перепуску 5 рідини. Вісь перепускного патрубка зміщена відносно осі патрубка відведення на відстань   H з  2 px . Гільза 2 має два прохідних вікна, які суміщені з вікнами корпусу 1. Положення гільзи відносно корпусу фіксується штифтом 6, який запресований в кришку 7. В гільзі розміщений термосиловий привід регулювального органу - золотника 8. Він виконаний iз "і" термочутливих елементів у вигляді гвинтових циліндричних пружин 9 із сплаву ВСП-1 на основі нікеліду титану і "j" зворотних пружин 10, які встановлені, відповідно, під f над упорною гайкою 11 на з'єднаних з променевидною основою золотника 8 рухомих штоках 12. Центральний з них у верхній частині за допомогою регулювальної гайки 13 зв'язаний з органом налаштовування температури 14. Початкове підтиснення зворотних пружин 10, яке необхідне для створення деформації наведення в пружинах 9 із сплаву ВСП-1, здійснюється гайками 13 і 15. Положення термосилового приводу в гільзі 2 корпусу 1 регулятора температури установлюється шляхом переміщення упорної гайки 11 по рухомим штокам 12 і фіксується контргайкою 16 з технологічними пазами під ключ. 2 UA 101418 U 5 10 15 20 25 Максимальний робочий хід золотника 8 в гільзі 2 обмежений контргайками 16 та буртом гільзи. Гвинтові циліндричні пружини 9 із сплаву ВСП-1 на основі нікеліду титану виготовлені з -3 дроту діаметром d-2•10 м з діаметром і кроком навивання 2d і 4d. Вони піддані при максимальному деформуванні і жорсткому занeволюванні у цьому стані при температурі t < Мк стабілізуючому термосиловому циклуванню з кількістю циклів не більше 100. Кількість силових (із сплаву ВСП-1) і зворотних пружин в термосиловому приводі залежить від величини зусиль, які необхідні для перестановки золотника 8 в крайнє нижнє та верхнє положення. Величина максимального робочого ходу золотника 8 визначає необхідну кількість витків пружин. Регулятор температури працює наступним чином. При температурі рідини t = Мн = 50-30 С в патрубку підведення 2 пружини 9 мають мінімальну жорсткість (сплав ВСП-1 знаходиться в мартенситному стані) і під дією зворотних пружин 10 максимально підтиснуті. Внаслідок цього золотник 8 займає крайне верхнє положення і весь потік рідини спрямовується в перепускний патрубок 5. При підвищенні температури рідини на вході в регулятор в сплаві ВСП-1 пружин 9 реалізується ефект пам'яті форми. Внаслідок нього відбувається підтиснення зворотних пружин 10 та переміщення золотника 8 вниз. Гідравлічний опір в лініях перепуску і відведення змінюється. При ньому витрати рідини через патрубок відведення 4 збільшуються, а через перепускний патрубок 5 зменшуються. При температурі рідини на вході в регулятор t= Ак = 85-115 °C золотник 8 займає крайнє нижнє положення. Матеріал пружин 9 знаходиться в аустентичному стані, а їх жорсткість зростає до максимуму. Весь потік рідини спрямовується в патрубок відведення 4. При зниженні температури рідини у вхідному патрубку 2 в матеріалі пружин 9 відбувається пряме мартенситне перетворення при реалізації ефекту пам'яті форми. Під дією зворотних пружин 10 золотник 8 переміщується вверх. Гідравлічний опір в лініях перепуску зменшується, а в лінії відведення збільшується. Використання регулятора температури, що пропонується, в масляних системах газотурбінних двигунів сприяє підвищенню їх енергетичної ефективності та надійності роботи. 30 ФОРМУЛА КОРИСНОЇ МОДЕЛІ 35 40 1. Регулятор температури, що містить корпус з патрубками підведення та відведення і встановленим в ньому пружинним термосиловим приводом регулювального органу з титанонікелевого сплаву і оборотним двостороннім ефектом пам'яті форми, який відрізняється тим, що термосиловий привід виконаний з «і» термочутливих елементів у вигляді гвинтових циліндричних пружин із сплаву ВСП-1 на основі нікеліду титану і «j» зворотних пружин, які встановлені, відповідно, під і над упорною гайкою, на з'єднаних з золотниковим регулювальним органом рухомих штоках, центральний з яких у верхній частині за допомогою регулювальної гайки зв'язаний з органом налаштовування регульованої температури, а циліндричний корпус містить перепускний патрубок при зміщенні його осі відносно осі патрубка відведення на відстань ΔH  H з  2 px H з і 2 рх - висота та максимальний робочий хід золотника).  45 2. Регулятор температури за п. 1, який відрізняється тим, що гвинтові циліндричні пружини із сплаву ВСП-1 на основі нікеліду титану виготовлені з діаметром і кроком навивання 2d і 4d (d = -3 2 • 10 м - діаметр дроту) та піддані при максимальному деформуванні і жорсткому заневолюванні у цьому стані стабілізуючому термосиловому циклуванню з кількістю циклів не менше 100. 3 UA 101418 U Комп’ютерна верстка О. Рябко Державна служба інтелектуальної власності України, вул. Василя Липківського, 45, м. Київ, МСП, 03680, Україна ДП “Український інститут інтелектуальної власності”, вул. Глазунова, 1, м. Київ – 42, 01601 4