Пневматичний позиціонер з подвійним диференціюванням вхідних сигналів

Реферат: Пневматичний позиціонер з подвійним диференціюванням вхідних сигналів містить корпус з пневмолінією тиску, привод зі штоком, сполучений з підсилювачем, важіль, з'єднуючий шток привода з клапанами підсилювача і з рухомим фланцем приймального сильфона, утворюючого з корпусом порожнину, сполучену безпосередньо з пневмолінією тиску, другий сильфон, загальний спільний рухомий фланець, зв'язаний з одними торцями приймального і другого сильфонів, а протилежні торці приймального сильфона - з рухомим фланцем і важелем, а другого сильфона - з нерухомим фланцем. У приймальний сильфон додатково установлений диференціюючий блок, виконаний у вигляді трьох співвісно додаткових сильфонів, зв'язаних своїми торцями з додатковим спільним рухомим фланцем. Перший додатковий сильфон розміщений в напрямній втулці, жорстко з'єднаній з основним загальним рухомим фланцем, і зв'язаний з останнім своїм другим торцем, другий і третій додаткові сильфони своїми другими торцями з'єднані з основним спільним рухомим фланцем через свої рухомі фланці і спільну тягу, а своїми порожнинами сполучені з атмосферою. Установлений підсумовуючий механізм, виконаний у вигляді третього сильфона співвісно йому в напрямній і з'єднаного одним торцем з другим рухомим фланцем приймального сильфона, а другим торцем - з основним спільним рухомим фланцем. Порожнина приймального сильфона з пневмолінією тиску сполучена через гнучку пневмолінію безпосередньо, а порожнина другого сильфона з пневмолінією тиску - через дросель. UA 96054 U (54) ПНЕВМАТИЧНИЙ ПОЗИЦІОНЕР З ПОДВІЙНИМ ДИФЕРЕНЦІЮВАННЯМ ВХІДНИХ СИГНАЛІВ UA 96054 U UA 96054 U 5 10 15 20 25 30 35 40 45 50 55 60 Позиціонер належить до засобів систем автоматичного регулювання (CAP) і систем автоматичного керування (САК) пневматичного типу і може бути використаний для перетворення вхідного тиску, що надходить від регулюючого або командного приладу в переміщення регулюючого органа для дозування речовини або енергії в об'єкт регулювання або керування. Відомий, найбільш близький за технічною реалізацією, пневматичний позиціонер містить корпус, установлені в корпусі підсилювач з клапанами, привод зі штоком сполучений з підсилювачем, важіль і приймальний сильфон з рухомим фланцем, зв'язаним через важіль зі штоком привода і клапанами підсилювача (див. кн. Ибрагимов И.А., Форзане Н.Г., Илясов Л.В. Элементы и системы пневмоавтоматики; Учебник для вузов по спец. "Автоматизация т комплексная механизация хим.-технол. процессов", 2-е изд., перераб. и доп. - М: Высш. шк., 1985, - С. 491-492, рис. 12, а). Однак, недоліком відомого позиціонера є низькі динамічні показники регулювання, спричинені закладеним в ньому принципом переміщення виконавчого органа тільки за сигналами, пропорційними поданому вхідному тиску, що понижує точність функціонування CAP і САК в перехідних процесах і обмежує область його застосування. Отже, відомий позиціонер має низьку ефективність і обмежену область застосування. Тому в основу корисної моделі поставлено задачу підвищення ефективності і розширення області застосування пневматичного позиціонера. Для цього пропонується його удосконалення, суттєві ознаки якого полягають в забезпеченні переміщення виконавчого органа за сигналами пропорційними відхиленню величини як вхідного тиску, так і швидкості (першій похідній) а також прискоренню (другій похідній) його відхилення. Поставлена задача вирішується тим, що в ньому додатково установлені другий сильфон, загальний спільний рухомий фланець зв'язаний з одними торцями приймального і другого сильфонів, а протилежні торці приймального сильфона - з рухомим фланцем і важелем, а другого сильфона - з нерухомим фланцем. У приймальний сильфон додатково установлений диференціюючий блок, виконаний у вигляді трьох співвісних додаткових сильфонів, зв'язаними своїми торцями з додатковим спільним рухомим фланцем, при цьому перший додатковий сильфон розміщений в напрямній втулці, жорстко з'єднаній з основним загальним рухомим фланцем, і зв'язаний з останнім своїм другим торцем, другий і третій додаткові сильфони своїми другими торцями з'єднані з основним спільним рухомим фланцем через свої рухомі фланці і спільну тягу, а своїми порожнинами сполучені з атмосферою. Додатково установлений підсумовуючий механізм, виконаний у вигляді третього сильфона співвісно йому в напрямній і з'єднаного одним торцем з другим рухомим фланцем приймального сильфона, а другим торцем - з основним спільним рухомим фланцем. Порожнина приймального сильфона з пневмолінією тиску сполучена через гнучку пневмолінію, безпосередньо, а порожнина другого сильфона з пневмолінією тиску - через дросель. Таке технічне рішення дає можливість, при різкій зміні у пневмолінії тиску на вході позиціонера, через наявного дроселя, забезпечувати у першому додатковому сильфоні диференціюючого блока наростати більшому, ніж у другому сильфоні, тиску, від чого додатковий спільний фланець переміститься вверх з порівняно більшою швидкістю, ніж основний спільний фланець, підвищуючи тиск у приймальному сильфоні, який, діючи на його рухомий фланець і долаючи опір жорсткості зворотної пружини, переміститься разом з вихідною тягою вверх на величину, пропорційну змінюванню вхідного тиску. В результаті переміщення додаткового спільного фланця вверх рухомий фланець через жорсткий зв'язок із основним спільним фланцем теж, тільки з меншою швидкістю, переміщається вверх, розтягуючи другий додатковий сильфон диференціюючого блока, при цьому зменшуючи об'єм першого додаткового сильфона, а отже, підвищуючи тиск пропорційно швидкості (першій похідній) змінювання вхідного тиску. Від дії додаткового тиску в першому додатковому сильфоні додатковий спільний фланець додатково піднімається і пропорційно підвищує тиск в приймальному сильфоні, від чого його рухомий фланець, разом з вихідною тягою, переміщується вверх ще на додаткову величину, пропорційно швидкості (першій похідній) змінювання вхідного тиску. А завдяки жорсткому зв'язку між основним спільним фланцем і фланцем третього додаткового сильфона, від переміщення другого рухомого фланця приймального сильфона вверх, відбувається переміщення з відносно меншою швидкістю, що розтягує верхній сильфон, ще додатково зменшуючи об'єм приймального сильфона і додатково підвищуючи в ньому тиск, чим забезпечується рухомому фланцю приймального сильфона і вихідній тязі також додаткове переміщення на величину, пропорційну прискоренню (другій похідній) змінювання вхідного тиску. 1 UA 96054 U 5 10 15 20 25 30 35 40 45 50 55 60 Таким чином, абсолютне переміщення вихідної тяги буде складатися із трьох переміщень: першого переміщення, пропорційного змінюванню вхідного тиску, другого переміщення, пропорційного швидкості (першій похідній) і третього, - пропорційного прискоренню (другій похідній) його змінювання, що підвищить швидкодію переміщення регулюючого органа, а отже, динамічні показники функціонування CAP і САК, а також розширить область застосування позиціонера. На представленому кресленні схематично показано загальну принципову схему запропонованого пневматичного позиціонера з подвійним диференціюванням вхідних сигналів. Позиціонер містить корпус 1, підсилювач 2 з приводом 3 зі штоком 4, з'єднаним з важелем 5, який зв'язаний з клапаном 6 і другим рухомим фланцем 7 приймального сильфона 8. Додатково установлений другий сильфон 9, основний спільний рухомий фланець 10, зв'язаний з одними торцями приймального 8 і другого сильфона 9. Протилежні торці сильфона 8 з'єднані з рухомим фланцем 7, а сильфона 9 - з нерухомим фланцем 11. Позиціонер обладнаний підсумовуючим механізмом і диференціюючим блоком, який розміщений усередині приймального сильфона 8, і виконаний у вигляді трьох співвісних додаткових сильфонів 12, 13, 14, зв'язаних одними своїми торцями з додатковим спільним рухомим фланцем 15, причому перший додатковий сильфон 12 розміщений в напрямній втулці 16, жорстко зв'язаній з основним спільним фланцем 10 і зв'язаний з останнім своїм другим торцем, другий 13 і третій 14 додаткові сильфони своїми другими торцями зв'язані з основним спільним фланцем 10 через свої рухомі фланці 17, 18 і спільну тягу 19, а своїми порожнинами сполучені з атмосферою. Підсумовуючий механізм, виконаний у вигляді третього сильфона 20, розміщеного усередині приймального сильфона 8 співвісно йому в напрямній 21 і з'єднаного одним торцем з другим рухомим фланцем 7 приймального сильфона 8, а другим торцем - з основним спільним рухомим фланцем 10. Напрямна 21 установлена між корпусом 1 і нерухомим фланцем 11. Другий рухомий фланець 7 приймального сильфона 8 зв'язаний з вихідною тягою 22 і взаємодіючий з пружиною 23. Порожнина "А" другого сильфона 9 пневмолінією тиску 24 сполучена через дросель 25, а пружина "В" сильфона 12 гнучкою пневмолінією 26 - безпосередньо. Пневматичний опозиціонер з подвійним диференціюванням працює наступним чином. При різкому збільшенні вхідного тиску в пневмолінії 24, через наявність дроселя 25, тиск у порожнині "А" другого сильфона 9 буде наростати повільніше, ніж у порожнині "В" додаткового сильфона 12 диференціюючого блока, в результаті чого додатковий спільний фланець 15 переміщується вверх, з порівняно більшою швидкістю, ніж основний спільний рухомий фланець 10, підвищуючи тиск усередині приймального сильфона 8. При цьому другий рухомий фланець 7 під дією зростаючого тиску, здолавши зусилля зворотної пружини 23, переміщується разом з вихідною тягою 22 вверх на величину, пропорційну змінюванню вхідного тиску. В результаті переміщення додаткового спільного фланця 15 вверх рухомий фланець 17 через жорсткий зв'язок із основним спільним рухомим фланцем 10 також, тільки з меншою швидкістю, переміщується вверх, розтягуючи другий додатковий сильфон 13 диференціюючого блока, зменшуючи при цьому об'єм усередині першого додаткового сильфона 12, а отже, підвищуючи в ньому тиск пропорційно швидкості (першій похідній) змінювання вхідного тиску. Внаслідок дії додаткового тиску в першому додатковому сильфоні 12, додатковий спільний рухомий фланець 15 додатково переміщується вверх і пропорційно підвищує тиск в приймальному сильфоні 8, в результаті чого другий рухомий фланець 7 і вихідна тяга 22 переміщуються вверх ще на додаткову величину, пропорційну швидкості (першій похідній) змінювання вхідного тиску. Крім цього, через наявність жорсткого зв'язку між основним спільним фланцем 10 і фланцем 18 третього додаткового сильфона 14, при переміщенні другого рухомого фланця 7 вверх рухомий фланець 18 переміщується з відносно меншою швидкістю, що викликає розтягування третього сильфона 20 підсумовуючого механізму і додаткове зменшення об'єму в приймальному сильфоні 8, а отже, додаткове підвищення в ньому тиску. Останнє забезпечує другому рухомому фланцю 7 приймального сильфона 8 і вихідній тязі 22 також додаткове переміщення на величину, пропорційну прискоренню (другій похідній) змінювання вхідного тиску. Результуюче переміщення важеля 5, пропорційне змінюванню вхідного тиску, швидкості і прискоренню його змінювання, викличе різке зменшення скидання повітря в атмосферу через клапани 6 підсилювача потужності 2, збільшуючи витрату повітря, що надходить від підсилювача потужності до привода 3. При цьому шток 4 привода переміститься униз і потягне за собою важіль 5, який трохи відкриє клапан 6 і збільшить скидання повітря в атмосферу. Шток 2 UA 96054 U 5 10 15 4 буде переміщатися до тих пір, поки не займе положення, пропорційного поданому вхідному тиску, з точністю до статичної помилки, при зникненні до нуля складових, пропорційних швидкості і прискоренню змінювання вхідного тиску. У випадку різкого зменшення вхідного тиску описаний опозиціонер працюватиме аналогічно з тією лише різницею, що вихідні переміщення будуть направлені у протилежний бік. Таким чином, складові додаткових переміщень клапанів 6, пропорційні змінюванню швидкості і прискоренню вхідного тиску, підвищать їх швидкодію і динамічну точність, зменшуючи при цьому час перехідного процесу і максимальне відхилення регульованого параметра, а зворотний зв'язок за положенням штока забезпечить його однозначну установку в положення, що відповідає командному тиску. Застосування запропонованого пневматичного опозиціонера з подвійним диференціюванням вхідних сигналів, у порівнянні з уже відомим дасть можливість: - підвищити точність перетворення вхідного тиску, що надходить від регулюючого або командного приладу, в переміщення виконавчого органа, підвищуючи ефективність функціонування CAP або САК об'єктів в перехідних процесах; - розширити область застосування. ФОРМУЛА КОРИСНОЇ МОДЕЛІ 20 25 30 35 Пневматичний позиціонер з подвійним диференціюванням вхідних сигналів, що містить корпус з пневмолінією тиску, привод зі штоком, сполучений з підсилювачем, важіль, з'єднуючий шток привода з клапанами підсилювача і з рухомим фланцем приймального сильфона, утворюючого з корпусом порожнину, сполучену безпосередньо з пневмолінією тиску, який відрізняється тим, що в ньому додатково установлені другий сильфон, загальний спільний рухомий фланець, зв'язаний з одними торцями приймального і другого сильфонів, а протилежні торці приймального сильфона - з рухомим фланцем і важелем, а другого сильфона - з нерухомим фланцем, причому у приймальний сильфон додатково установлений диференціюючий блок, виконаний у вигляді трьох співвісно додаткових сильфонів, зв'язаних своїми торцями з додатковим спільним рухомим фланцем, при цьому перший додатковий сильфон розміщений в напрямній втулці, жорстко з'єднаній з основним загальним рухомим фланцем, і зв'язаний з останнім своїм другим торцем, другий і третій додаткові сильфони своїми другими торцями з'єднані з основним спільним рухомим фланцем через свої рухомі фланці і спільну тягу, а своїми порожнинами сполучені з атмосферою, а також додатково установлений підсумовуючий механізм, виконаний у вигляді третього сильфона співвісно йому в напрямній і з'єднаного одним торцем з другим рухомим фланцем приймального сильфона, а другим торцем - з основним спільним рухомим фланцем, причому порожнина приймального сильфона з пневмолінією тиску сполучена через гнучку пневмолінію безпосередньо, а порожнина другого сильфона з пневмолінією тиску - через дросель. 3 UA 96054 U Комп’ютерна верстка І. Мироненко 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