клапан устройства измерения и регулирования температуры окружающей среды

Формула изобретения

1. Клапан устройства измерения и регулирования температуры окружающей среды, изменяющий расход вещества между седлом и затвором, причем затвор клапана имеет форму тела вращения, отличающийся тем, что затвор в продольном сечении имеет профиль, выраженный функцией

sin = A+BH,

где





- половина угла профиля затвора клапана;

H - ход затвора клапана;

n - число равных отрезков, на которые разбит ход затвора клапана;

sin определяется из уравнения

sin_i(D_c-H_isin_icos_i) = C,

где D_c - диаметр седла клапана; C - постоянная величина, равная

C = D_csin₀,

где ₀ - задаваемый угол, равный половине угла профиля затвора на линии его соприкосновения с кромкой седла.

Описание изобретения к патенту

Клапан может быть использован в любых устройствах измерения и регулирования температуры прямого действия, например, для систем кондиционирования и отопления помещений.

Существует много видов клапанов: стержневой, тарельчатый, полый и т.д. (см. Гуревич Д. Ф. Основы расчета трубопроводной арматуры. - М.: Машгиз, 1962, гл. I,II).

Известен плоский клапан с тарельчатым затвором, в котором перекрытие затвором седла осуществляется по плоскости. Плоский клапан дает линейную зависимость пощади проходного сечения от хода штока, однако имеет существенный недостаток - невозможность полного перекрытия а при использовании дополнительных уплотнительных материалов имеет место быстрый износ.

Наиболее близким является конический клапан, в котором перекрытие затвором седла осуществляется по линии, что резко снижает протечку и позволяет избежать использования дополнительных уплотнительных материалов. Недостатком конического клапана является нелинейность расходной характеристики в целом устройства измерения и регулирования температуры окружающей среды, так как зависимость площади проходного сечения от хода штока, например, для нормально закрытого клапана имеет вид

S_прох= H sin((D_c-H sin cos) (1),

где

S_прох - площадь проходного сечения клапана;

H - ход затвора клапана;

D_c - диаметр седла;

- половина угла профиля затвора, имеющего форму усеченного конуса (см. Гуревич Д. Ф. Основы расчета трубопроводной арматуры. М.: Машгиз, 1962, с. 78).

Расчеты и практика подтверждают, что, например, для H_max = 5 мм; D_c = 15мм; = 20^o погрешность нелинейности устройства измерения и регулирования температуры окружающей среды достигает прочти 5%.

Цель предлагаемого изобретения - обеспечение минимального значения погрешности нелинейности устройства измерения и регулирования температуры окружающей среды с возможностью получения полного перекрытия клапана.

Поставленная цель достигается тем, что затвор клапана имеет форму тела вращения, профиль которого в продольном сечении выражается функцией

sin=A+BH (2)

где





n - число равных отрезков, на которые разбит ход затвора клапана;

sin_i - определяется из уравнения, получаемого из (1):

sin_i(D_c-H_isin_icos_i)=C (5),

в котором

C - постоянная величина, равная

C=D_csin₀ (6),

где

₀ - задаваемый угол, равный половине угла профиля затвора на линии его соприкосновения с кромкой седла, то есть при H = 0 для нормально закрытого клапана (см. Бендат Дж., Пирсол А. Прикладной анализ случайных данных. -М.: Мир, 1989, с. 114).

На фиг. 1 схематично изображено продольное сечение клапана устройства измерения и регулирования и температуры окружающей среды в закрытом состоянии (пунктиром показан затвор клапана в открытом состоянии).

Предлагаемый клапан содержит седло 1 и перекрывающий его затвор 2, имеющий профиль тела вращения и неподвижно закрепленный на штоке 3. На шток воздействует дистанционная термочувствительная система (на фиг. 1 она не показана), заполненная термореактивным материалом, например маслом, которая реагирует на изменение контролируемой температуры окружающей среды и перемещает шток 3 с затвором 2 относительно седла 1.

Клапан работает следующим образом.

При повышении температуры окружающей среды термореактивный материал расширяется, в результате чего термочувствительная система давит на шток 3 и затвор 2 отходит от седла 1, увеличивая расход холодоносителя, например воды, поступающей в контролируемую окружающую среду по системе трубопроводов. Когда температура окружающей среды понижается до заданной, затвор 2 перекрывает седло 1. В процессе работы клапана устройства измерения и регулирования температуры окружающей среды важно выполнить два основных условия:

1. при открытии клапана холодоноситель должен поступать по линейной зависимости, что обеспечивает высокую точность поддержания заданного значения температуры окружающей среды;

2. при закрытии клапана затвор должен перекрывать седло, исключая протечку, которая отрицательно сказывается на точности поддержания и измерения температуры окружающей среды.

Невыполнение хотя бы одного условия может привести к аварийной ситуации на объекте в случае выхода из-под контроля температуры окружающей среды.

Предлагается клапан устройства измерения и регулирования температуры окружающей среды, профиль затвора которого в продольном сечении выражается функцией (2). Она получена по методу, называемому "регрессионный анализ". Функция (2) связывает две случайные величины: синус угла, равного половине угла профиля затвора и ход затвора H, прогноз значения первой из которых по данному sin значению второй имеет линейный характер. Она называется уравнением регрессии и представлена графически на фиг. 2, где - отклонение расчетного значения sin , найденного из уравнения регрессии (2), от значения, рассчитанного по формуле (5). Формулы (3) и (4) для нахождения коэффициентов А и В уравнения регрессии (2) получены по методу наименьших квадратов, заключающемуся в минимизации суммы квадратов отклонений для n точек разбиения хода затвора (см. Бендат Дж., Пирсол А. Прикладной анализ случайных данных. -М.: Мир, 1989, с. 113-114).

Например, расчетным путем получено, что для параметров клапана H_max = 5мм; D_c =15 мм; ₀ = 20^o профиль затвора в продольном сечении должен выражаться функцией

sin = 0,462 + 0,017 H

Такой затвор легко изготавливается на токарном станке с программным управлением.

Расчеты и практика показали, что погрешность нелинейности устройства измерения и регулирования температуры окружающей среды при этом составляет 0,7% в отличие от 5% в случае использования конического клапана.

Технико-экономическая эффективность в сравнении с прототипом будет получена за счет высокой точности измерения и регулирования температуры окружающей среды и сведения до минимума возможности возникновения аварийной ситуации на объекте поддержания заданного значения температуры.