Диференціатор теплових сигналів

Реферат: Диференціатор теплових сигналів містить перетворювач з двома співвісними сильфонами, перший підсумовуючий механізм, вузол прийому вхідного сигналу, регульований дросель. Додатково встановлено другий підсумовуючий механізм, виконаний у вигляді четвертого і п'ятого сильфонів, з четвертим рухомим фланцем, жорстко зв'язаним з другим і першим рухомими фланцями, до якого вони приєднані суміжними торцями. Другий торець четвертого сильфона з'єднаний з третім рухомим фланцем. Додатково встановлений третій підсумовуючий механізм, виконаний у вигляді сьомого і восьмого сильфонів з шостим рухомим фланцем, жорстко зв'язаним з четвертим, другим і першим рухомими фланцями, до якого вони приєднані суміжними торцями. Другий торець сьомого сильфона з'єднаний з п'ятим рухомим фланцем, а другий торець восьмого сильфона - з додатково установленим сьомим рухомим фланцем, який є вихідною ланкою, а також розміщеним усередині додатково установленого десятого сильфона, один торець якого зв'язаний з сьомим рухомим фланцем, а другий торець - з першим рухомим фланцем, що переміщуються в корпусі-напрямній. UA 87245 U (54) ДИФЕРЕНЦІАТОР ТЕПЛОВИХ СИГНАЛІВ UA 87245 U UA 87245 U 5 10 15 20 25 30 35 40 45 50 55 Корисна модель - диференціатор - належить до засобів теплової автоматики і може бути використана в установках неелектричного типу як підсилювально-диференціююча динамічна ланка. Відомий диференціатор теплових сигналів містить вузол прийому вхідних сигналів, регульований дросель і перетворювач, що складається з двох співвісних сильфонів, суміжні торці яких з'єднані з першим рухомим фланцем, другий торець першого сильфона з'єднаний з нерухомим фланцем і корпусом-напрямною, в якій розміщені перший і другий сильфони, а також підсумовуючий механізм, виконаний у вигляді третього сильфона, розміщеного коаксіально в другому сильфоні в напрямній втулці, і з'єднаного одним торцем з другим рухомим фланцем другого сильфона, який є вихідною ланкою, а другим торцем - з першим рухомим фланцем, причому вузол прийому вхідних сигналів виконаний у вигляді додаткового сильфона, усередині якого співвісно розміщений перший сильфон перетворювача, при цьому один торець додаткового сильфона жорстко зв'язаний з нерухомим фланцем першого сильфона, а другий торець - з першим рухомим фланцем, в якому установлений регульований дросель, причому коефіцієнт теплопровідності середовища між першим і додатковим сильфонами менший коефіцієнта теплопровідності матеріалу стінок першого, другого і додаткового сильфонів (див. авторське свідоцтво СРСР № 1795503). Однак, недоліком відомого диференціатора є обмежені функціональні можливості, обумовлені неможливістю потрійного диференціювання інерційних теплових сигналів, а отже, низька точність роботи систем теплової автоматики. Тому для одержання сигналів регулювання чи керування, пропорційних трьом похідним від вхідних теплових сигналів для підвищення точності роботи необхідно в системи автоматичного регулювання і керування послідовно включати три відомих диференціатори, що ускладнює конструкцію і збільшує габаритні розміри, а також обмежує область застосування. Таким чином, відомий диференціатор має низьку точність роботи, обмежені функціональні можливості і область застосування. Тому в основу корисної моделі поставлена задача підвищення точності роботи, розширення функціональних можливостей і області застосування диференціатора. Для вирішення поставленої задачі пропонується удосконалення, суттєвими ознаками є те, що у відомий диференціатор додатково установлюється другий підсумовуючий механізм, виконаний у вигляді четвертого і п'ятого сильфонів, з четвертим рухомим фланцем, жорстко зв'язаним з другим і першим рухомими фланцями, до якого вони приєднані суміжними торцями, другий торець четвертого сильфона з'єднаний з третім рухомим фланцем. Додатково установлено третій підсумовуючий механізм, який виконаний у вигляді сьомого і восьмого сильфонів з шостим рухомим фланцем, жорстко зв'язаним з четвертим, другим і першим рухомими фланцями, до якого вони приєднані суміжними торцями, другий торець сьомого сильфона з'єднаний з п'ятим рухомим фланцем, а другий торець восьмого сильфона з додатково установленим сьомим рухомим фланцем, який є вихідною ланкою диференціатора. При цьому усередині розміщений додатково установлений десятий сильфон, один торець якого зв'язаний з сьомим рухомим фланцем, а другий торець - з першим рухомим фланцем, що переміщуються в корпусі-напрямній. Таким чином, додаткове послідовне установлення двох підсумовуючих механізмів забезпечить формування диференціатором вихідних сигналів, пропорційних вхідним, а також першій, другій і третій похідній від вхідних сигналів, що підвищить його точність роботи, розширить функціональні можливості і область застосування в системах теплової автоматики. На представленому кресленні схематично показано загальний вигляд запропонованого диференціатора теплових сигналів. Диференціатор містить перетворювач 1, з першим 2, другим 3 сильфонами і дроселем 4. Сильфони 2, 3 одними торцями зв'язані між собою першим рухомим фланцем 5, в якому установлений регульований дросель 4. Фланець 5 жорстко зв'язаний з другим рухомим фланцем 6 третього сильфона 7 першого підсумовуючого механізму, який другим торцем з'єднаний з третім рухомим фланцем 8. До фланця 8 приєднані другим торцем сильфон 3, а першим торцем - четвертий сильфон 9, другий торець якого зв'язаний з четвертим рухомим фланцем 10 другого підсумовуючого механізму. До фланця 10 приєднаний першим торцем п'ятий сильфон 11, другий торець якого зв'язаний з п'ятим рухомим фланцем 12. До фланця 12 з одного боку приєднаний другим торцем шостий сильфон 13, який першим торцем зв'язаний з першим рухомим фланцем 5, а з другого боку першим торцем сьомий сильфон 14. Другий торець сильфона 14 з'єднаний з шостим рухомим фланцем 15 третього підсумовуючого механізму. Фланець 15 зв'язаний з першим торцем 1 UA 87245 U 5 10 15 20 25 30 35 40 45 50 55 60 восьмого сильфона 16, другий торець якого з'єднаний з сьомим рухомим фланцем 17. Останній жорстко з'єднаний з тягою 18, переміщення якої є вихідним сигналом диференціатора. Для повернення у вихідне положення тяги 18 і зменшення впливу механічного гістерезису матеріалу стінок сильфонів застосована пружина 19. До першого рухомого фланця 5 одним торцем приєднаний дев'ятий сильфон 20, другий торець якого разом з другим торцем першого сильфона 2, зв'язані із спільним нерухомим фланцем 21, а до другого боку фланця 5 також приєднаний другим торцем десятий сильфон 22, перший торець якого зв'язаний з сьомим рухомим фланцем 17. Рухомі деталі перетворювача, першого, другого і третього підсумовуючих механізмів, а також вузла прийому вхідних сигналів переміщаються в напрямних 23, 24 і корпусі-напрямній 25, виконаних у вигляді циліндричних втулок. Порожнина "а", утворена сильфонами 2, 20, а також рухомим 5 і нерухомим 21 фланцями, наповнена середовищем або повітрям, коефіцієнти теплопровідності яких значно менші коефіцієнта теплопровідності матеріалу стінок першого 2, другого 3, дев'ятого 20 і десятого 22 сильфонів. Порожнина "b" утворена сильфоном 2, рухомим 5 і нерухомим 21 фланцями, порожнина "с", утворена сильфонами 3, 7, а також рухомими 5, 6, 8 фланцями, порожнина "d", утворена рухомими 5, 6, 10, 12 фланцями і сильфонами 3, 9, 11, 13 і порожнина "f" утворена сильфонами 14, 16, 22 і рухомими фланцями 5, 12, 15, 17 наповнені робочою рідиною. При цьому із порожнини "b" в порожнину "с" і навпаки робоча рідина перетікає через регульований дросель 4. Порожнини сильфонів 7, 9, 11, 14, 16 через отвори у фланцях 10, 15, 17 сполучені з атмосферою. Роботу диференціатора для потрійного диференціювання теплових сигналів, послідовно установленого в систему регулювання або керування, розглянемо у двох випадках: а) при різкому змінюванні вхідного сигналу; б) при повільному змінюванні вхідного сигналу. У першому випадку через наявність термічного опору середовища у порожнині "а" нагрів, а отже, тиск у порожнині "b" наростатиме повільніше, ніж в порожнинах "с" і "d". В результаті перший рухомий фланець 5 переміститься управо, переміщуючи з собою другий 6 і четвертий 10 рухомі фланці, створюючи додатковий приріст тиску робочої рідини в порожнинах "с", "d". При цьому третій рухомий фланець 8 отримає додаткове переміщення і його абсолютне переміщення буде складатися із суми двох переміщень, тобто вихідний сигнал третього рухомого фланця 8 підсумовується із переміщенням, викликаним змінюванням вхідного сигналу (нагрів робочої рідини у порожнині "с" і збільшенням від цього її тиску) і переміщенням, викликаним швидким змінюванням вхідного сигналу (переміщенням другого рухомого фланця 6, викликаного запізнюючим прогріванням робочої рідини в порожнині "b" і додатковим збільшенням через це тиску у порожнині "с"). Але від додаткового приросту тиску робочої рідини у порожнині "d" п'ятий рухомий фланець 12 отримає додаткове переміщення, в результаті чого відбудеться підсумовування трьох переміщень, тобто загальний вихідний його сигнал складатиметься із переміщення, викликаного змінюванням вхідного сигналу (нагрів робочої рідини у порожнинах "с", "d" і збільшення через це її тиску), переміщення, викликаного швидким змінюванням вхідного сигналу (переміщенням другого рухомого фланця 6, викликаного запізнюючим прогрівом робочої рідини в порожнині "b" і додатковим збільшенням через це тиску у порожнині "с") і переміщення, викликаного першим прискоренням вхідного сигналу (переміщенням п'ятого рухомого фланця 12, викликаного запізнюючим прогрівом робочої рідини в порожнині "b" і додатковим збільшенням через це тиску у порожнині "d", а також переміщенням третього рухомого фланця 8, пропорційного швидкості змінювання вхідного сигналу і додаткового збільшення через це тиску у порожнині "d"). Крім цього, від додаткового приросту тиску робочої рідини у порожнині "f" сьомий рухомий фланець 17 отримає додаткове переміщення, в результаті чого відбудеться підсумовування чотирьох переміщень, і загальний вихідний сигнал диференціатора складатиметься із першого переміщення, викликаного змінюванням вхідного сигналу (нагрів робочої рідини у порожнинах "с", "d", "f" і збільшення через це її тиску), другого переміщення, викликаного швидким змінюванням вхідного сигналу (переміщенням сьомого рухомого фланця 17, викликаного запізнюючим прогрівом робочої рідини у порожнині "b" і додатковим збільшенням через це тиску у порожнині "d"), третього переміщення, викликаного першим прискоренням вхідного сигналу (переміщенням п'ятого рухомого фланця 12, викликаного запізнюючим прогрівом робочої рідини в порожнині "b" і додатковим збільшенням через це тиску у порожнині "f", а також переміщенням третього рухомого фланця 8, пропорційного швидкості змінювання вхідного сигналу і додаткового збільшення через це тиску у порожнині "d") і четвертого переміщення, викликаного 2 UA 87245 U 5 10 15 20 25 другим прискоренням вхідного сигналу (переміщення сьомого рухомого фланця 17, викликаного запізнюючим прогрівом робочої рідини в порожнині "b" і додатковим збільшенням через це тиску у порожнині "f", a також переміщенням п'ятого рухомого фланця 12, пропорційного першому прискоренню змінювання вхідного сигналу і додаткового збільшення через це тиску у порожнині "f". У випадку різкого охолодження робочої рідини у порожнинах "с", "d", "f" диференціатор працюватиме аналогічно, з тією лише різницею, що вихідні переміщення його рухомих деталей будуть направлені в протилежний бік. В описаних випадках диференціатор працює як потрійно підсилююча диференціююча динамічна ланка. У другому випадку, коли прогрів, а отже, тиск робочої рідини у порожнинах "b", "c", "d", "f" змінюється повільно, перепад тисків у них практично відсутній. Тоді рухомі фланці 5, 6, 8, 10, 12, 15, 17 переміщатимуться уліво з однаковою швидкістю. В результаті вихідна тяга 18 переміщається і далі передає сигнал на орган виконавчого механізму системи автоматичного регулювання чи керування. При плавному охолодженні робочої рідини диференціатор працюватиме аналогічно, забезпечуючи переміщення всіх його рухомих деталей і вихідної тяги 18 у протилежний бік. В останніх двох випадках він працює як потрійно-підсилююча динамічна ланка. Використання запропонованого диференціатора теплових сигналів, у порівнянні з уже відомим, дозволить: - розширити функціональні можливості диференціатора і підвищити точність роботи за рахунок реалізації потрійного диференціювання вхідних теплових сигналів; - створити більшу компактність за рахунок спрощення конструкції і зменшення габаритних розмірів, шляхом вилучення двох послідовно з'єднаних відомих диференціаторів, необхідних було б для формування другої і третьої похідної на виході від вхідного теплового сигналу; - розширити область застосування диференціатора, особливо в системах теплової автоматики гідропневматичного типу, які містять динамічні ланки з порівняно великою тепловою інерційністю. ФОРМУЛА КОРИСНОЇ МОДЕЛІ 30 35 40 45 50 Диференціатор теплових сигналів, що містить перетворювач з двома співвісними сильфонами, суміжні торці яких з'єднані з першим рухомим фланцем, другий торець першого сильфона з'єднаний з нерухомим фланцем і корпусом-напрямної, в якій розміщені перший і другий сильфони, а також перший підсумовуючий механізм, виконаний у вигляді третього сильфона, розміщений коаксіально у другому сильфоні в напрямній втулці і з'єднаний одним торцем з третім рухомим фланцем другого сильфона, а другим торцем - з другим рухомим фланцем, жорстко зв'язаним з першим рухомим фланцем, вузол прийому вхідного сигналу, виконаний у вигляді сильфона, усередині якого співвісно розміщений перший сильфон перетворювача, причому один торець сильфона жорстко зв'язаний з нерухомим фланцем першого сильфона, а другий торець - з першим рухомим фланцем, і регульований дросель, установлений у першому рухомому фланці, який відрізняється тим, що в нього додатково встановлено другий підсумовуючий механізм, виконаний у вигляді четвертого і п'ятого сильфонів, з четвертим рухомим фланцем, жорстко зв'язаним з другим і першим рухомими фланцями, до якого вони приєднані суміжними торцями, другий торець четвертого сильфона з'єднаний з третім рухомим фланцем, а також додатково установлений третій підсумовуючий механізм, виконаний у вигляді сьомого і восьмого сильфонів з шостим рухомим фланцем, жорстко зв'язаним з четвертим, другим і першим рухомими фланцями, до якого вони приєднані суміжними торцями, другий торець сьомого сильфона з'єднаний з п'ятим рухомим фланцем, а другий торець восьмого сильфона - з додатково установленим сьомим рухомим фланцем, який є вихідною ланкою, а також розміщеним усередині додатково установленого десятого сильфона, один торець якого зв'язаний з сьомим рухомим фланцем, а другий торець - з першим рухомим фланцем, що переміщуються в корпусі-напрямній. 3 UA 87245 U Комп’ютерна верстка Л. Бурлак Державна служба інтелектуальної власності України, вул. Урицького, 45, м. Київ, МСП, 03680, Україна ДП “Український інститут промислової власності”, вул. Глазунова, 1, м. Київ – 42, 01601 4