Устройство для регулирования расхода газа

(Я) 0 65 В 7 91 Е И ОПИС ПАТЕНТУ Научно-проКомитет Российской Федерации по патентам и товарным знакам(71) Головное конструкторское бюроизводственного объединения "Энергия"им.акадС.П,Королева(73) Головное конструкторское бюро Научно-производственного объединения "Энергия"им.акад.С.П.Королева,(54) УСТРОЙСТВО ДЛЯ РЕГУЛИРОВАНИЯРАСХОДА ГАЗА(57) Изобретение относится к устройствам для регулирования малых расходов газа в объектах использующих низкое давление газа, например вэлектрореактивныхдвигатепях Устройство для регулирования расхода газа содержит корпус 1 свходным 2 и выходным 3 патрубками, размещенныймежду ними дросселирующий орган и привод.Дросселирующий орган выполнен в виде составного цилиндра из последовательно расположенных частей 4, выполненных из эластичного материала, между которыми установлены с возможностью перемещения вдоль оси цилиндра жесткие центрирующие шайбы 5 с радиальными выступами, контактно связанными с ответной поверхностью корпуса Причем торцы первой и последней частей цилиндра, обращенные к корпусу, оперты соответственно на металлическую шайбу, снабженную со стороны ответного торца корпуса радиальными каналами, и на торец размещенного в корпусе толкателя, выполненного с вазможностью перемещения и контактирующего снаружи герметичного корпуса с приводом, а последовательно расположенные части 4 цилиндра образуют,с корпусом кольцевой дросселирующий канал, при этом входной и выходной патрубки соединены последовательно через радиальные каналы и кольцевой дросселирующий канал. 3 ил.10 20 25 30 35 40 45 50 55 Изобретение относится преимущественно к устройствам для регулирования малых расходов газа порядка 0,1-0,005 г/с) в обьектах, использующих низкое давление газа, например в электрореактивных двигателях, но может использоваться и для регулирования больших расходов газа и жидкости.Известны регуляторы расхода газа или жидкости, применяемые в различных двигателях и других устройствах ЯДля регулирования расхода газа в диапазоне от 0,005 до 0,1 г/с и поддержании таких расходов с точностью 3-5 О/, вблизи заданного номинального значения при давлениях подачи от нескольких десятых до нескольких миллиметров ртутного столба требуется регулятор расхода с большим гидравлическим сопротивлением в указанном диапазоне рабочих давлений и с регулировочной характеристикойпо возможности приближающейся к линейной. Поэтому известные регуляторы, работающие при относительно больших расходах и давлениях, не могут быть применены для регулирования расходов при указанных выше параметрах. Доработка известных регуляторов под указанные выше очень малые расходы и давления практически невозможна, так как, например, в уже упомянутом регуляторе это потребовало бы такого уменьшения размеров лабиринтных каналов и такой точности их исполнения, которые практически или очень трудно, или вообще невозможно обеспечить.Известен регулятор расхода для регулирования малых расходов газа. в котором в корпусе последовательно установлены сферические упругие элементы с возможностью контакта друг с другом и с наличием зазора со стенками цилиндрической полости корпуса 2).Недостатками такого регулятора расхода являются неконтролируемое расположение сферических элементов в цилиндрической полости корпуса и неэффективность дросселирующего элемента, образованного короткими кольцами по сравнению с размерами самих сферических элементов. Это ведет к нелинейности характеристики регулятора и недостаточной точности последнего,Известен используемый в настоящее время регулятор расхода газа Я выполненный в виде термодросселя, представляющего собой капиллярную трубку 0,8 х 0,2 длиной 85 мм, одним концом изолированную от "массы" проходным изолятором, Мощность, потребляемая термодросселем, составляет 7 Вт. Такая конструкция регулятора расхода ксенона позволяет обеспечить нормальный (0,04 г/с) и пусковой (0,02 г/с) режимы работы при температурах капилляра соответственно 530 и 1000 ОС, что приводит к конструктивным трудностям, связанным с необходимостью герметичной стыковки элементов двигателя, выполняемых из различных материалов, в том числе и диэлектрических (остальные узлы системы подачи газа имеют температуры 0 - 50 С), Кроме того, изменение расхода газа, связанное со значительным изменением температуры капилляра, обладает большой инерционностью. Так, при изменении расхода от 0,33 до 0,039 г/с проходит 220 с. К недостаткам следует также отнести нелинейность регулировочной характеристики,Известно принятое за прототип устройство для регулирования скорости газового потока 4), в котором в проточную камеру установлен регулирующий элемент, выполненный из пористого эластичного материала и снабженный приспособлением для изменения его обьема,К недостаткам устройства-прототипа, относятся, во-первых, трудность достижения указанных малых расходов газа из-за необходимости выполнения дросселирующего элемента большой длины и малой пористости, во-вторых., большой износ дросселирующего элемента из-за трения его о стенку проточной камеры при сжатии его приспособлением, в-третьих, нелинейность его регулировочной характеристики при глубоком регулировании расхода газа. Физически это связано с тем, что относительная деформация эластичного пористого элемента на порядок превышаетту же величину в предложенном устройстве, что не позволяет при глубоком регулировании расхода пренебречь нелинейными членами в формуле регулировочной характеристики, Кроме того, пористость эластичного элемента при знакопеременной нагрузке постоянно изменяется, а ресурс регулятора должен составлять несколько тысяч часов при очень большом числе циклов нагружения.Сущность изобретения заключается в следующем. В устройстве для регулирования расхода газа, содержащем корпус с входным и выходным патрубками и дросселирующий орган из эластичного материала, выполненный в виде цилиндра, установленного в корпусе между первой опорной шайбой и второй опорной шайбой, контактно связанной через толкатель с расположенным снаружи корпуса приводом поступательного перемещения, цилиндр выполнен составным из последовательно располо 2002290женных частей, которые образуют с корпусом кольцевой дросселирующий канал и отделены друг от друга жесткими центрирующими шайбами, которые установлены с возможностью перемещения вдоль оси цилиндра и снабжены радиальными выступами, контактно связанными с ответной поверхностью корпуса, причем первая опорная шайба выполнена с радиальными каналами со стороны ответного торца корпуса, а входной и выходной патрубки соединены последовательно через радиальные и кольцевой дросселирующий каналы.На фиг. 1 изображено устройство для регулирования расхода газа в разрезе; на фиг. 2 - сечение А - А на фиг, 1; на фиг. 3 - узел на фиг, 1,Устройство имеет корпус 1 с входным 2 и выходным 3 патрубками и дросселирующий элемент в виде составного цилиндра, из последовательно расположенных частей 4, изготовленных из эластичного материала, например из мягкой резины, Части 4 цилиндра установлены в корпусе с радиальным зазором и разделены жестким металлическими центрирующими шайбами 5, имеющими радиальные выступы б и установленными с возможностью перемещения вдоль оси корпуса, Шайбы 5 содержат цилиндрические пояски 7 для центрирования эластичных частей 4 в цилиндрическом корпусе 1. В корпусе в районе входного патрубка 2 установлена металлическая шайба 8 с радиальными каналами, сообщающими входной патрубок с кольцевым зазором между корпусом 1 и частями 4 цилиндра, а со стороны выходного патрубка 3 установлены толкатель 9, выполненный с возможностью перемещения относительно корпуса и опертый со стороны выходного патрубка 3 на металлическую шайбу, Это можно сделать, например, соединив толкатель 9 с корпусом 1 через сильфон 10, при этом толкатель герметично установлен внутри корпуса. Другой конец толкателя контактирует с расположенным снаружи герметичного корпуса приводом, в простейшем примере выполненным в виде винта 11, установленного в гайке 12, навинченной на корпус, Последовательно расположенные части цилиндра 4 образуют с корпусом 1 кольцевой дросселирующий канал, в котором входной и выходной патрубки соединены последовательно через радиальные каналы и кольцевой дросселирующий канал,Изменение радиального зазора определяет изменение гидравлического сопротивления дросселя, Изменение радиального зазора описывается формулой, при выводе которой принят известный факт сохранения обьема упругого элемента при относительно малых деформациях(до 30-40 ь), если он 5 изготовлен. например, из мягкой резины:Ь 1 - д/Б27 хО 7 Ь10 где Ь - начальный радиальный зазор;Й - радиальный зазор после сжатияэластичных частей 4 цилиндра толкателем 9;Ь - высота упругого элемента;д - осевое перемещение толкателя;О - внутренний диаметр корпуса.В качестве численного примера рассмотрим упругий элемент из мягкой резинысо следующими характеристиками:О =-10 мм, Ь 1 =05 мм, й = 17 мм, д=З 20при этом расчет по формуле (1) дает - ,=8Ьили Ь 2= 0,06 мм."Проводимость" дросселя при давлениигаза на входе 1 мм рт.ст. можно оценить поформуле, которая дает объемный расход газа через кольцевой зазор дросселя:Е = 9700 х л х О х Я х 1/Ь х Л/М (см /с),(2),где Т - температура газа; М - молекулярныйвес газа,Предложенное устройство для регулирования расхода газа работает следующимобразом.Повернув винт 11 на определенныйугол. сообщают малое осевое перемещениед тол кателю 9, вызывающее упругое сжатие40 сильфона 10 и эластичных частей 4, расположенных в корпусе 1, и, как следствие, изменение радиального зазора Л игидравлического сопротивления дросселя.При этом шайбы 5 цилиндрическими поясками 7 центрируют части 4 и не дают импотерять устойчивость. Изменение зазораописывается формулой (1), а "проводи мость" дросселя оценивается по формуле(2). Оценки по формуле (2) показывают, что50 сопротивление дросселя для малых расходов газа(порядка нескольких сотых граммовна секунду значительно уже при зазорахпорядка Л= 0,1-0,5 мм, поэтому большихсжатый упругих элементов (т.е. больших,55 чем несколько миллиметров) для регулирования расхода не требуется,Динамика предлагаемого дросселя определяется временем от момента поворотавинта 11 до установления нового расхода.Так как геометрия зазоров дросселя изме 2002290няется беэынерционно в темпе перемещения толкателя, то время установления режима по расходу в самом дросселе определяется временем перемещения толкателя, которое для крайних положений составляет величину порядка 1-2 с, Поэтому предлагаемый дроссель является относительно малоынерционным звеном системы регулирования расхода.В связи с простыми зависимостями между перемещением толкателя и изменением радиального зазораЛ - Й =д(Ь)В - О/4 Ь)(см,Формулу(1 изменение расхода примерно линейно связано с перемещением винта практически во всем диапазоне регулирования расхода газа, что выгодно отличаетФормула изобретенияУСТРОЙСТВО ДЛЯ РЕГУЛИРОВАНИЯ РАСХОДА ГАЗА, содержащее корпус с входным и выходным патрубками и дросселирующий орган из эластичного материала, выполненный в виде цилиндра, установленного, в корпусе между первой опорной шайбой и второй опорной шайбой, контактно связанной через толкатель с расположенным снаружи корпуса приводом поступательного перемещения, отличающееся тем, что цилиндр выполнен составным иэ последовательно располопредлагаемое устройство для регулирования расхода газа от устройства-прототипа.Кроме указанных преимуществ в предлагаемом устройстве отсутствует трение 5 эластичного элемента о внутренние стенкикорпуса устройства, в связи с чем значительно повышается ресурс регулятора.(5 б) 1. Ратманский О.И., Кричкер И.Р. Арма 10 тура реактивных систем управления КЛА,М 1980, с. 33,2. Авторское свидетельство СССРМ 1022120, кл, 6 05 О 7/01, 1979.3, Тяговый модуль для универсальной15 космической платФормы. Эскизный проектКБ химического машиностроения. Калининград Мос.обл., 1990, с.38.4. Авторское свидетельство СССРВ 231200. кл. 6 05 О 7/01, 1967,20женных частей, которые образуют с корпусом кольцевой дросселирующий канал иотделены одна от другой жесткими центрирующими шайбами, которые установлены с25 возможностью перемещения вдоль оси цилиндра и снабжены радиальными выступами, контактно связанными с ответнойповерхностью корпуса, причем перваяопорная шайба снабжена радиальными ка 30 налами со стороны ответного торца корпуса, а входной и выходной патрубкисоединены последовательно через радиальные и кольцевой дросселирующий каналы.2002290 Тираж Подписное НПО "Поиск" Роспатента 113035, Москва, Ж, Раушская наб., 4/5