Регулятор с использованием тепловой энергии

(22)46 ретен и точ ин стирь ской.Бовдило ССР82,Ч ТЕП пло- вледе те в механическую овои эн о изоби с использованием тепн ГОСУДАРСТВЕННЫЙ КОМИТЕТПО ИЗОБРЕТЕНИЯМ И ОТКРЫТИЯМПРИ ГКНТ СССР ВТОРСНОМУ СВИДЕТЕЛЬСТ 4388672/2431.12.8,7(71) Киевский политехническийтут им. 50-летия Великой Октябсоциалистической революции(56) Авторское свидетельство СР 941961, кл, С 05 Р 23/19, 19(57) Изобретение относится к твой автоматике на объектах упрния, где нет никаких других видэнергии, кроме тепловой. Целью Изобретение относится к тепловоиавтоматике и точной механике, а именно к устройствам преобразования тепловой энергии в тепломеханическуюэнергию рабочих элементов и предназначено для регулирования четырех основных технологических параметровпромышленных объектов: температуры,давления, расхода вещества, уровняжидкости по интегральному закону регулирования в условиях с ограниченнойвозможностью использования традиционных видов энергии (электрической,пневматической, гидравлической) иналичия в избытке тепловой энергиина объекте управления,Целью изобретения является повышеие надежности и точности регулятора,На фиг. 1 приведена конструкция исполнительного механизма интеграль ного действия; на фиг, 2 - конструк ия является повышение надежности ности регулятора. Поставленная цель достигается тем, что в регуляторе с использованием тепловой энергии, содержащем блок сравнения и исполнительный механизм интегрального действия, регулирующий орган исполнитель ного механизма интегрального действия выполнен так, что выходной вал его поворачивается на угол, пропорциональный интегралу ошибки. за счет подвода тепловой энергии как к исполнительному механизму интегральногойствия, так и к преобразователям ция регулятораловой 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 шину 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 5к нижнему основанию сильфона 8 прикреплена теплопроводная вставка 15(припаяна, приклеена) с постояннымобъемом, Нижняя часть корпуса 13 содержит гайку 16 между гайкой 16 исильфоном 8 размещена пружина 17,Регулятор с использованием тепловой энергии (фиг. 2)содержит входную и выходную части. Входная частьрегулятора состоит из измерителя 18регулируемой величины Х.;, связанного с регулятором через теплоизолированный стержень 19, на конце которого закреплен кондуктор 20, выполненный в виде цилиндра из теплопроводного материала. Блок сравнения содержит две одинаковые и прилегающие другк другу замкнутые полости 21 и 22 ввиде параллелепипедов, заполненные 20газом, боковая поверхность которыхпокрыта теплоизоляцией 23. Цилиндр-кондуктор 20 блока сравнения расположенмежду полостями 21 и 22 и тепловойшиной 24, Внешние стороны шины 24 покрыты теплоизоляцией 25. Полости 21и 22 закреплены на вертикальной платформе 26, которая снабжена указателем27 задания регулируемой величины Х дсо шкалой 28, Тепловая шина 24 закреплена на опорном элементе корпусарегулятора 29, Полости 21 и 22 черезкапилляры 30 и 31 связаны с сильфона"ми 32 и 33, закрепленными на опорныхэлементах 34 и 35 корпуса регулятора. З 5Выходная часть регулятора (фиг.2)состоит из исполнительного механизма1-17 интегрального действия (фиг.1),связанного через гибкий шток 14 спреобразователем 36-44 возвратно-поступательного движения во вращательное (фиг.2).Преобразователь возвратно-поступательного движения во вращательное(фиг. 2) содержит собачку 36 на гиб- д 5ком штоке 14, храповые колеса 37 и38, ведущие шестерни 39 и 40, ведомуюшестерню 41 и валы 42-44 вращения,Выходной вал 44 вращения связан срегулирующим органом 45, установленным в трубопроводе 46,Исполнительный механизм интегрального действия работает (фиг, 1) следующим образом.С помощью муфты 11, упорного винта12, а также пружины 17 и вставки 15устанавливают требуемую величину заглубления Ь стержня 1 в жидкости 9.Тем самым задают требуемую частоту возвратно-поступательных движенийгибкого штока 14, т.е, заданное быстродействие исполнительного механизма 1-17,Тепло, полученное стержнем 1 отисточника тепловой энергии, черезтепловую шину 4 идет на увеличениетеплосодержания стержня 1 и передачу 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 объеменад жидкостью 9 увеличивается и подего воздействием уровень жидкости 9начинает уходить вниз, удаляясь отторца 3. Благодаря этому растягиванию сильфон 8, совершая перемещениеАУ. Вместе с торцом сильфона 8 движется вниз и гибкий шток 14. При этомпружина 17 сжимается. Так как у паранезначительный коэффициент теплопроводности, то молекулы пара эффективнонагреваются лишь у сечения торца 3.Вследствие этого у основной массыпара начинается конденсация в объемекамеры 5. Тогда давление пара 10уменьшается и под воздействием пружины 17 сильфон 8 сжимается, переме 1 цая вверх гибкий шток 14, В результате этого зеркало жидкости 9 занимает начальное положение, обеспечивтепловой контакт с торцом 3 стержня1. Жидкость 9, прогреваясь, начинаетснова испаряться и зеркало жидкости9 уходит вниз. Вместе с этим растягивается сильфон 8,. перемещающий внизгибкий 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 Ь 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)1619 28 Тп1 огде Т - постоянная времени интегриирования.Перемещение регулирующего органа45 в трубопроводе 46, т.е. отработкарегулирующего воздействия Х , продолжается до тех пор, пока ошибка ЬХ==У;-Хне становится равной нули.20 При этом цилиндр - кондуктор 20 занимает нейтральное среднее положениеотносительно полостей 2 и 22, чтообуславливает одинаковую температурув этих плоскостях. Гибкий шток 4 не 25 входит в зацепление ни с одним изхраповых колес 37 и 38, т.е, отсутствует регулирующее воздействие.Орган настройки - постоянная времени интегрирования Т позволяетч э30 изменять время Т, меняя степень сжатия пружины 17 вращением гайки 16(фиг. 1),гибкого штока 14, т.е. быстродействие исполнительного механизма 1 - 17.Входная часть 18-33 регулятора работает следующим образо(фиг. 2),В состоянии равновесия цилиндр кондуктор 20 блока сравнения находится в среднем положении между замкнутыми полостями 21 и 22, что означает равную температуру газа в этих полостях 21 н 22 и отсутствие регулирующего воздействия, т,е. гибкий шток 14 исполнительного механизма 1 - 17 на - ходится в среднем нейтральном положении и не входит во взаимодействие с преобразователем 36-44 возвратно- поступательного движения во вращательное.При отклонении регулируемой величины Х от задания Х , т.е. при появлении сигнала небаланса Л Х=Х -Х зд в зависимости от знака этого небаланса стержень 19 перемещается вверх или вниз. Здесь регулируемая величина У; (например, температура) преобразуется в линейное перемещение стержня 19, Например, стержень 19 перемеша - ется вверх, вместе с ним перемещается и кондуктор 20. При этом увеличивается плошадь контакта кондуктора 20 с полостью 21 и уменьшается плошадь контакта кондуктора 20 с полостью 22. Поскольку полости 21 и 22 нагреваются через кондуктор 20, температура газа в полости 21 увеличивается по35 сравнению с температурой газа в полости 22. Это вызывает увеличение объема сильфона 33 по сравнению с объемом сильфона 32, Свободный торец сильфона 33 перемещается влево. Это приво дит к тому, что непрерывно совершающий возвратно поступательные движения гибкий шток 14 перемещается влево и входит в зацепление с храповымколесом 37, что приводит в действие пре образователь 36-44 движения.Преобразователь 36-44 возвратно- поступательного движения во вращательное работает следующим образом ( фиг.2),В зависимости от знака сигнала не- баланса Д Х возвратно-поступательное движение гибкого штока 14 с собачкой ЗЬ сообщает вращательное движение одному из храповых колес 37 и 38 (до,пустим храповому колесу 37). Собачка 36 поворачивает храповое колесо 37 вместе с валом 42 и шестерней 39 на число зубьев, соответствующих числу импульсов перемещений гибкого штока 14. В зависимости от знака сигналанебаланса ведомая шестерня 41 вращается в ту или иную сторону (в данномслучае по часовой стрелке). Это приводит к открытию проходного сечениятрубопровода 46 регулирующим органом45, т.е. Формированию регулирующеговоздействия Увеличивая степень сжатия пружины 17, уменьшают частоту пульсаций исполнительного механизма и, следовательно, уменьшают быстродействие исполнительного механизма, т.е. увеличивают время интегрирования. Уменьшение частоты пульсаций исполнительного механизма при увеличении степени сжатия пружины 17 связано с тем, что существует однозначная зависимость между степенью заглубления стержня в жидкости 9 и величиной сжатия пружины 17, определяемой вращением гайки 16, Чем больше степень сжатия пружины 17, тем больше величина заглубления Ь стержня 1 в жидкости 9 и тем большему количеству жидкости 9 стержень 1 отдает тепло. Еа прогрев и испарение жидкости 9 в этом случае тратится больше времени, что снижает частоту пульсаций гибкого штока 14, При малых заглублениях Ь стержня 1 в жидкость 9, достигаемых за счет перемещения гайки 16 вниз, скорость нагрева и испарения жидкости увеличивается и частота пульсаций стержня14 также увеличивается, обуславливаяменьшее время интегрирования Тибольшее регулирующее воздействие У,за время существования ошибкиХ.Формула изобретения Регулятор с использованием тепловой энергия, содержащий исполнительный механизм интегрального действия, 10 измеритель регулируемой величины, блок сравнения и регулирующий орган, о т л и ч а ю щ и й с я тем, что, с целью повышения надежнос,и и точности регуля гора, в нем блок сравнения вы полнен из двух одинаковых заполненных газом полостей, прилегающих одна к другой и выполнен. х в виде параллелепипедов, боковые поверхности которых покрыты теплоизоляцией, и кондук тора, выполненного из теплопроводного материала, установленного между тепловой шиной и торцами параллелепипедов, установленных с возможностью вертикального перемещения относительно тепловой шины, теплоизолированной от окружающей среды, кондуктор с помощью теплоизолированного стержня связан с выходом измерителя регулируе 30 мой величины, а исполнительный механизм интегрального действия выполненв виде сильфонного осциллятора и состоит из цилиндра, наружная боковаяповерхность которого снабжена ребрами, а полость, образованная внутренней боковой поверхностью цилиндра изакрепленного на цилиндре сильфона,частично заполнена жидкостью, в которой частично размещен с возможностью перемещения стержень, соединенный с тепловой шиной, причем боковаяповерхность стержня теплоизолирована,на подвижном торце сильфона со стороны внутренней полости закреплена теплопроводная вставка, а с внешней стороны - гибкий шток, причем сильфонподпружинен относительно цилиндра,гибкий шток снабжен собачкой, установленной с возможностью. поочередного контакта с одним из храповых колес,связанных через шестерни с выходнымвалом, связанным с регулирующим органом, причем гибкий шток размещенмежду двумя оппозитно расположеннымисильфонами, полости которых капиллярами связаны с полостями параллелепипедов.1619228 иа. Составитель Н,МирнаяРедактор И,Дербак Техред Л.Олийнык рректор В,Гнрн нно-издательский комбинат "Патент", г. Ужгород, ул. Гага роизводс Заказ 46ВНИИПИ Госуда Тираж Подписноевенного комитета по изобретениям и открытиям при ГКНТ СС 1 13035, Москва, Ж, Раущская наб., д. 4/5