Регулятор з використанням теплової енергії

СОЮЗ СОВЕТСНИХ СОЦИАЛИСТИЧЕСКИХ РЕСПУБЛИК (51)5 G 0 5 В ) I/0Q ГОСУДАРСТВЕННЫЙ НОМИТЕТ ПО ИЗОБРЕТЕНИЯМ И ОТНРЫТИЯМ ПРИ ГННТ СССР 1 (21) 4388672/24 (22) 31.12.87 (46) 07.01.91. Бюл. К 1 (71) Киевский политехнический институт им. 50-летия Великой Октябрьской социалистической революции (72) В.А.Ерошенко и А.В.Бовдилова (53) 621.62-50(088.8) (56) Авторское свидетельство СССР Ь 941961, кл. G 05 D 23/19, 1982. ° (54) РЕГУЛЯТОР С ИСПОЛЬЗОВАНИЕМ ТЕПЛОВОЙ ЭНЕРГИИ (5 7) Изобретение относится к тепловой автоматике на объектах управления, где нет никаких других видов энергии, кроме тепловой. Целью изоб йзобретение относится к тепловой автоматике и точной механике, а именно к устройствам преобразования тепловой энергии в тепломеханическую энергию рабочих элементов и предназначено для регулирования четырех основных технологических параметров промышленных объектов: температуры, давления, расхода вещества, уровня жидкости по интегральному закону регулирования р условиях с ограниченной возможностью использования традиционных видов энергии (электрической, пневматической, гидравлической) и наличия в избытке тепловой энергии на объекте управления. Целью изобретения является повышение надежности и точности регулятора. На фиг. 1 приведена конструкция исполнительного механизма интеграль-. ного действия; на фиг. 2 - конструк ретения является повышение надежности и точности регулятора. Поставленная цель достигается тем, что в регуляторе с использованием тепловой энергии, содержащем блок сравнения и исполнительный механизм интегрального действия, регулирующий орган исполнительного механизма интегрального действия выполнен так, что выходной пал его поворачивается на угол, пропорциональный интегралу ошибкиs за счет подвода тепловой энергии как к исполнительному механизму интегрального действия, так и к преобразователям тепловой энергии в механическую, 2 ил. ция регулятора с использованием тепловой энергии. Исполнительный механизм интегрального действия (фиг. 1) содержит стержень 1 с теплоизоляцией 2 боковой поверхности, кроме торца 3. Стержень 1 связан с источником тепловой энергии через тепловую шьну 4. Цилиндр 5 закреплен на основании 6, цилиндр выполнен с ребрами 7 и нижним своим основанием связан с сильфоном 8. Цилиндр 5 с сильфоном 8 частично заполнены жидкостью 9, В объеме цилиндра 5 над жидкостью 9 находится объем 10 паровоздушной смеси. Вертикальное положение стержня 1 в цилиндре 5 фиксируется с помощью муфты 11 и упорного винта 12. Внутри корпуса 13, выполненного как продолжение нижних ребер 7, цилиндра 5 размещен, кроме сильфона 8, гибкий шток 14, Внутри цилиндра 5 1619228 к нижнему основанию сипьфона 8 прикреплена теплоирозодная вставка 15 (припаяна, приклеена) с постоянным объемом. Нижняя часть корпуса 13 со- с держит ганку 16 между гайкой 16 и силъфоиом 8 размещена пружина 17. Регулятор с использованием тепловой энергии (фиг. 2)содержит входную и выходную части. Входная часть \Q регулятора состоит из измерителя 18 регулируемой величины Х', связанного с регулятором через теплоизолированный стержень 19, на конце которого закреплен кондуктор 20, выполнен.- 15 ный в виде цилиндра из теплопроводного материала. Блок сравнения содержит две одинаковые и прилегающие друг к другу замкнутые полости 21 и 22 в виде параллелепипедов, заполненные 20 газом, боковая поверхность которых покрыта теплоизоляцией 23. Цклиндр-кондуктор 20 блока сравнения расположен между полостями 21 и 22 и тепловой шиной 24. Внешние стороны шины 24 по-25 крыты теплоизоляцией 25. Полости 21 и 22 закреплены на вертикальной платформе 26, которая снабжена указателем 27 задания регулируемой величины Х^д со шкалой 28» Тепловая шина 24 за30 креплена на опорном элементе корпуса регулятора 29. Полости 21 и 22 через капилляры 30 и 31 связаны с сильфонами 32 и 33, закрепленными на опорных элементах 34 и 35 корпуса регулятора. 35 Выходная часть регулятора (фиг.2) состоит из исполнительного механизма 1-17 интегрального действия (фиг.1), связанного через гибкий шток 14 с преобразователем 36-44 возвратно-по- 40 ступательного движения во вращательное ( ф и г . 2 ) . Преобразователь возвратно-поступательного движения во вращательное (фиг, 2) содержит собачку 36 на гиб- 45 ком штоке 14, храповые колеса 37 и 38, ведущие шестерни 39 и ДО, ведомую шестерню 41 и валы 42-44 вращения. Выходной вал 44 вращения связан с регулирующим органом 45, установлен- JQ ным в трубопроводе 46. Исполнительный механизм интегрального действия работает (фиг* О 1 с л е дующим образом. С помощью муфты J 1 , упорного винта 55 12, а также пружины 17 и вставки 15 устанавливают требуемую величину заглубления h стержня 1 в жидкости 9. Тем самым задают требуемую частоту возвратно-поступательных движении гибкого штока 14, т.е. заданное быстродействие исполнительного механизма 1-17. Тепло, полученное стержнем I от источника тепловой энергии, через тепловую шину 4 идет на увеличение теплосодержания стержня 1 и переда- * чу тепла через торец 3 к жидкости 9. Эффективный прогрев жидкости 9 в районе торца 3 приводит к исполнению жидкости 9 и нагреву пара 10. В результате этого давление пара 10 в объеме над жидкостью 9 увеличивается и под его воздействием уровень жидкости 9 начинает уходить вниз, удаляясь от торца 3, Благодаря этому растягиванию сильфон 8, совершая перемещение ЙУ, Вместе с торцом снльфона 8 движется вниз и гибкий шток 14. При этом пружина 17 сжимается. Так как у пара незначительный коэффициент теплопроводности то молекулы пара эффективно нагреваются лишь у сечения торца 3. Вследствие этого у основной массы пара начинается конденсация в объеме камеры 5. Тогда давление пара 10 уменьшается и под воздействием пружины \7 силъфон 8 сжимается, перемещая вверх гибкий шток 14. В результате этого зеркало жидкости 9 занимает начальное положение, обеспечив тепловой контакт с торцом 3 стержня 1. Жидкость 9, прогреваясь, начинает снова испаряться и зеркало жидкости 9 уходит вниз. Вместе с этим растягивается сильфон 8,- перемещающий вниз гибкий шток 14. Указанный процесс колебания уровня жидкости 9 в цилиндре 5 периодически повторяется. Таким образом, на выходе исполнительного механизма 1-17 (фиг'. 1) получают возвратно-поступательные движения гибкого штока 14, Это приводит в действие преобразователь 36-44 возвратно-поступательного движения во вращательное (фиг. 2 ) . Возможность перемещения теплопроводной вставки 15 с постоянным объемом обеспечивает прямую зависимость между степенью заглубления h стержня 1 в жидкости 9 и величиной сжатия пружины 17, определяемой вращением гайки 16. Это позволяет точно задать оператору требуемую частоту колебаний (возвратно-поступательных движений) 5 1619228 гибкого штока 14, т.е. быстродействие 14. В зависимоеги от знака сигнала исполнительного механизма 1-17. небаланса врдомая шестерня 41 вращаВходная часть 18-33 регулятора ется в ту или иную сторону (в данном работает следующим образом (фиг. 2 ) , случае по часовой стрелке). Это приВ состоянии равновесия цилиндр водит к открытию проходного сечения кондуктор 20 блока сравнения находиттрубопроводе 46 per улиру.ощнм органом ся в среднем положении между замкну45, т.е. формированию регулирующего тыми полостями 21 и 22, что означает воздействия равную температуру газа в этих полос10 тях 21 и 22 и отсутствие регулирующего воздействия, т.е. гибкий шток I4 исполнительного механизма 1-17 нагде Т - постоянная времени интегриходится в среднем нейтральном полорования. жении и не входит во взаимодействие ]с Перемещение регулирующего органа с преобразователем 36-44 возвратно45 в трубопроводе 46, т.е. отработка поступательного движения вр вращарегулирующего воздействия X ^ продолтельное . жается до гех пор, пока ошибка ДХ= При отклонении регулируемой вели=}>"-Х^А не становится равной нулю. чины X; от задания X, . т.е. при по, ?0 При этом цилиндр - кондуктор 20 заявлении сигнала небаланса ДХ=Х--X э д нимает нейтральное среднее положение в зависимости от знака этого небаланотносительно полостей 21 и 22, что са стержень 19 перемещается вверх или обуславливает одинаковую температуру вниз. Здесь регулируемая величина X, в этих плоскостях. Гибкий шток 14 не (например, температура) преобразует- 25 входит в зацепление ни с одним из ся в линейное перемещение стержня храповых колес 37 и 38, т.е. отсут19. Например, стержень Iе* перемешаствуе г регулирующее воздействие. ется вверх, вместе с ним перемещается Орган настройки - постоянная вреи кондуктор 20. При этом увеличивамени интегрирования Т , позволяет ется плошадь контакта кондуктора 20 30 изменять время Т ц , меняя степень сжас полостью 21 и уменьшается площадь тия пружины 17 вращением гайки 16 контакта кондуктора 20 с полостью 22. (фиг. 1 ) . Поскольку полости 21 и 22 нагреваютУвеличивая степень сжатия пружины ся через кондуктор 20, температура 17, уменьшают частоту пульсаций исгаза в полости 21 увеличивается по сравнению с температурой газ? в поло- 35 полнительного механизма и, следовательно, уменьшают быстродействие иссти 22. Это вызывает увеличение объема полнительного механизма, т.е. увелисильфона 33 по сравнению с объемом чивают время интегрирования. Уменьсильфона 32. Свободный торец сильфошение частоты пульсации испольительна 33 перемещается влево. Это приво40 ного механизма при увеличении степедит к тому, что непрерывно совершаюни сжатия пружины 17 связано с тем, щий возвратно-поступательные движения что существует однозначная зависигибкий шток 14 перемещается влево и мость между степенью заглубления стержвходит в зацепление с храповым коленя в жидкости 9 и величино?' сжатия сом 37, что приводит в действие пре- 45 пружины 17, определяемой вращением образователь 36-44 движения. гайки 16. Чем больше степень сжатия Преобразователь 36-44 возвратнопружины 17, тем больше величина запоступательного движения во вращательглубления h стержня 1 в жидкости 9 и ное работает следующим образом (фиг.2], тем большему количеству лпдкости 9 В зависимости от знака сигнала не- 50 стержень 1 отдает тепло. La прогрев баланса Д Х возвратно-поступательное и испарение жидкости 9 в этом случае движение гьбкого штока 34 с собачкой тратится больше времени, что снижает 36 сообщает вращательное движение одчастоту пульсаций гибкою штока 14. ному из храповых колес J7 и 38 (доПри малых заглублениях h стержня 1 пустим храповому колесу 37). Собачка ее в жидкость 9, достигаемых чн счет пе36 поворачивает храповое колесо 37 ремещения гайки 16 вниз, с кпрость навместе с валом 42 и шестерней 39 на грева и испарения жидкости увеличичисло зубьев, соответствующих числу вается и частота пульсациг стержня импульсов перемещений гибкого штока 1619228 14 также увеличивается, обуславливая меньшее время интегрирования Т и и боЛЬПіее регулирующее ВОЭДеЙСТВИе У-аич за время существования ошибки ДХ. < . Ф о р м у л а и з о б р е т е н и я 8 мой величины, а исполнительный механизм интегрального действия выполнен в виде сильфонного осциллятора и состоит из цилиндра, наружная боковая поверхность которого снабжена ребрами, а полость, образованная внутренРегулятор с использованием теплоне:4 боковой поверхностью цилиндра и вой энергии, содержащий исполнительзакрепленного на цилиндре сильфона, ный механизм интегрального действия, ю частично заполнена жидкостью, в коизмеритель регулируемой величины, торой частично размещен с возможноблок сравнения и регулирующий орган, стью перемещения стержень, соединено т л и ч а ю щ и й с я тем, ч т о , с ный с тепловой шиной, причем боковая целью повышения надежности и точности поверхность стержня теплоизолирована, регулятора, в нем блок сравнения вы- 15 на подвижном торце сильфона со сторополнен из двух одинаковых заполненных ны внутренней полости закреплена тепгазом полостей, прилегающих одна к лопроводная вставка, а с внешней стодругой и выполнен' їх в виде параллероны - гибкий шток, причем силъ&он лепипедов, боковые поверхности котоподпружинен относительно цилиндра, рых покрыты теплоизоляцией, и кондук- 20 гибкий шток снабжен собачкой, устатора, выполненного из теплопроводного новленной с возможностью поочередноматериала, установленного между тепго контакта с одним из храповых колес, ловой шиной и торцами параллелепипесвязанных через шестерни с выходным д о в , установленных с возможностью валом, связанным с регулирующим орвертикального перемещения относитель- ^5 ганом, причем гибкий шток размещен но тепловой шины, теплоизолированной между двумя оппозитно расположенными от окружающей среды, кондуктор с посильфонами, полости которых капиллямощью теплоизолированного стержня . • рами связаны с полостями параллелесвязан с выходом измерителя регулируепипедов. 30 1619228 46 1 і . Редактор И.Дербак Составитель К.Мирная Техред Л.Олийнык Корректор БоГирняк •Заказ 46 Тираж ч/ Подписное ВНИИПИ Государственного комитета по изобретениям и открытиям при ГКНТ СССР 113Q35, Москва, Ж-35, Раушская наб,, д. А/5 Производственно-издательский комбинат "Патент", г. Ужгород, ул. Гагарина, 101