Регулятор расхода растворов
Иллюстрации
Реферат
Oll NCAHNR < 646319
ИЗОБРЕТЕН Ия
К АВТОРСКОМУ СВИДВТВЛЬСТВУ
Союз Советских
Соцмалмстическмх
Республик
1 (6l) Дополнительное к авт. свил-ву(22) Заявлено 21.02.77(21) 2454565/18-24 с присоединением заявки №(23) Приоритет(51) М, Кл.
9 05 Э 7/00
G 05 Q 16/06
Государственный квинтет
СССР по делам нзабрвтений
Опубликовано 05.02.79Зюллетень № 5 (53) УДК 621.646 (И) Заявитель
{54) РЕГУЛЯТОР, PACXOQA PAGTBOPOB
Устройство относится к области техники, в которой производственные процессы реализуются с использованием различных, главным образом водных растворов, Наиболее целесообразно применение устройства в химической технологии, пищевой промышленности и в системах подготовки воды для питьевого и промышленного водоснабжения.
Известны регуляторы расхода, состоящие из регулирующих органов, исполнительных механизмов и приводов (l j
Известен регулятор расхода растворов, содержащий выходной трубопровод с установленным в нем регулирующим органом, исполнительный механизм, камера которого соединена с патрубком подачи раствора высокой концентрации и сильфоном, связанным через шток с регулирующим органом и патрубок раствора низкой концентрации (2J.
Недостаток известных устройств заключается в необходимости использования внешних источников энергии.
Цель изобретения состоит в снижении энергозатрат для регулирования расхода растворов.
Поставленная цель достигается тем, что в устройство введена полупроницаемая мембрана, установленная между камерой н патрубком раствора низкой концентрации, который соединен с выходным трубопроводом, а камера исполнительного механизма сообщена с патрубком раствора низкой концентрации с помощью дополнительного трубопровода с обратным клапаном.
При таком исполнении устройства в регулируемом трубопроводе и в камере исполнительного механизма, соединенных полупроницаемой мембраной, находятся растворы с разными концентрациями. При этом согласно существующим представлениям о механизме осмотического переноса вещества, npouct5 ходит движение молекул растворителя из регулируемого трубопронода в камеру. В.последней появляется избыточное гидростатическое давление, которое передается на подвижную часть регулирующего органа и приводит ее в движение без применения внешних источников энергии. Степень открытия регулирующего органа (расход раствора) антоматически устанавливается в зависимости от разности концентраций растворов. Пни этом
463! 9
3 чем больше разность концентраций, тем расход раствора в регулируемом трубопроводе будет больше. Увмнчение-концентраций раствора s, регулируемом тракте приводит к снижению разности концентраций .растворов и . к соответствующму уменьшению осмотического давления (гидростатического давления
s камере). При этом под действием возвратного устройсгва, например пружины, подвиж ная часть регулирующего opraiia начнет перемещаться в обратном направлении, вытесняя из камеры молекулы растворителя в регулируемый трубопровод и уменьшая при этом расход раствора в последнем.
Процесс регулирования расхода может осуществляться в широком диапазоне от наибольшего значения при полностью открйтом сечении выходного регулируемого трубопро, вода практик .ски до нуля в случае его полного закрытйя .
Величина осмотнческого давления раствора в камере испблннтельного механизме зависит от концентрации, а в общем случае — от разности концентраций растворов, н определяется по закону Вант-Гоффа.
Р =.с R. Т атм., где С вЂ молярная концентрация (разность концентраций) раствора, моль/л;
R = 0,082 л атм/град моль — газовая постоянная;
Т вЂ” абсолютная температура раствора, К.
Например, при разности концентраций с = 1 моль/л и температуре 20 С (Т = 293 К) величина осмотического давления раствора ссставляет P = 10,082 293 = 24 атм.
Аналогичное значение осмотического давления имеет место и для океанской воды с солесодержанием 35 г/л, отделенной от пресной воды полупроницаемой мембраной.
Таким образом, величины осмотических давлений, создаваемых растворами, вполне достаточны для привода в действие исполнительных механизмов регуляторов без приме нения внешних источников энергии.
С другой стороны, освоенный промышленностью выпуск полупроницаемых мембран из ацетата, ацетатбутират-, триацетат- и нитроцеллюлозы, а также каучука, полистирола, полиэтилена, тефлона, целлофана и других материалов составляет материальную основу практической реализации предложенного изобретения, Наличие дополнительного трубопровода с обратным клапаном в случае повышения давления в регулируемом трубопроводе до величины, превышающей осмотическое давлейие раствора, дает возможность обратного вытеснения растворителя из камеры, а следовательно, и закрытие регулирующего органа.
Посредством дополнительного трубопровода рабочее давление раствора из регули руемого тракта передается в камеру. В соответствии с этим давлением устанавливаетсН и начальное усилие возвратного устройства, например, пружины. Появляющееся в камере осмотическое давление раствора становится избыточным гидростатическим давле5 нием, которое и обеспечивает работу устройства по схеме, описанной выше.
Кроме того, вследствие осмотического переноса растворителя из регулируемого трубопровода в камеру, в последней будет изменяться концентрация раствора. Это обстоятельство приведет к изменению осмотического давления, что не всегда целесообразно и, как правило, усложняет регулировку возвратного устройства.
Поэтому с целью поддержания в камере
1у постоянстВа концентрации раствора в ней размещен запас растворяемого вещества, например, sкристаллическом состоянии,,Такое конструктивное решение позволяет поддерживать в камере постоянство концентрации вещества, соответствующее насыщенному состоянию раствора.
Для заполнения камеры раствором, ее опорожнения и периодического восполнения запаса растворяемого вещества камера снабжена патрубком с запорным устройством.
На чертеже представлен один из возможных вариантов конструктивного исполнения регулятора расхода раствора.
Устройство состоит из регулирующего органа н исполйнтельного механизма, Регулирующий орган содержит установленный в
ЗО местном сужении 1 регулируемого выходного трубопровода 2 клапан 3, размещенный на штоке 4, снабженном возвратной пружиной 5.
Исполнительный механизм включает камеру
6, заполненную раствором высокой концент,рации, содержащую запас растворенного вещества 7, натрубок с запорным устройством
8 и сильфон 9, предназначенный для передачи усилия на подвижную часть регулирующего органа. Камера соединена с регулируемым трубопроводом размещенной перед местным
4О сужением полупроницаемой мембраной 10.
Кроме того, камера снабжена дополнительным трубопроводом 11 с обратным клапаном 12. Причем, трубопровод подсоединен к регулируемому выходному трубопроводу, перед местом установки полупроиицаемой мем4 браны, считая по ходу движения раствора.
Устройство работает следующим образом.
При наибольшей разности концентраций растворов, находящихся в выходном трубопроводе 2 и камере 6, вследствие осмотического переноса растворителя из регулируемого выходного трубопровода в камеру, в последней создается наиболее избыточное гидростатическое давление, которое через сильфон 9 передается на шток 4, приводит его в
55 движение, сжимает возвратную пружину 5 и обеспечивает наибольшую степень открытия местного сужения при крайнем нижнем расположении клапана 3. 6463!9
С увеличением концентрации раствора в регулируемом выходном трубопроводе 2 уменьшается разность концентраций растворов, находящихся в трубопроводе 2 и камере 6. Соответственно снижается и осмотическое давление раствора, а следовательно, и гидростатическое давление в кажре 6. Под действием возвратной пружины 5 сильфон 9 вместе со штоком 4 и клапаном 3 начнут подниматься, вытесняя из камеры 6 через пблупроницаемую мембрану 10 в регулируемый трубопровод 2 часть растворителя, . уменьшая при этом «живое сечение> в местномесужеиии 1 и соответственно сокращая расход раствора B регулируемом трубопроводе 2. Процесс уменьшения расхода. раствора при дальнейшем увеличении концентрации в регулируемом трубопроводе 2 может продолжаться практически до полного прекращения подачи, когда клапан полностью перекроет местное сужение 1, Диапазон регулирования расхода устанавливается путем изменения степени натяжения возвратной пружины 5 или выбором исходной концентрации раствора в камере 6.
При наличии дополнительного трубопровода 11, снабженного обратным клапаном 12, пропускающим раствор из регулируемого трубопровода 2 в камеру.6 и препятствующим обратному движению раствора, в камере 6 всегда исходйое давление будет таким же, как и в р=гулируемом трубопроводе 2.
На усилие, обусловленное этим давлением, устанавливается и предварительное натяжение возвратной пружины 5. Давление же, создаваемое осмотическим переносом растворителя в камеру 6, будет избыточным по отношению к исходному давлению и обеспечит работу устройства, согласно описанной схемы, практически при любых давлениях в регулируемом трубопроводе 2, в том числе, и превышающих осмотическое давление раствора. Но при этом через дополнительный трубопровод 11 для выравнивания давлений в камеру 6 будет поступать некоторое количество раствора с меньшей концентрацией нз регулируемого выходного трубопровода 2 и снижать принятое в ней значение исходной концентрации раствора. Однако в .действительности снижения концентрации в камере 6 не произойдет вследствие расходования размещенного в ней запаса растворяемого вещества 7.
Заполнение камеры 6 раствором производится при первоначальной установке либо через патрубок с запорным устройством 8.
С помощью этого патрубка представляется возможность опорожнения камеры, замены в ней раствора, а также периодического восполнения запаса растворяемого вещества..
Таким образом, в соответствии с предложенным техническим решением достигается цель изобретения, заключающаяся в регули1в ровании расхода растворов без применения внешних источников энергии, т.е. сокращение энергозатрат. Также исключается необходимость в устройстве первичных приборов контроля за изменением концентрации растворов, сложных схем преобразования первичных импульсов в управляющие сигналы .для привода в действие исполнительных механизмов регуляторов.
В этом заключается техническая, технологическая и, наконец, экономическая эффек: тивность предмета изобретения.
Формула изобретения
Регулятор расхода растворов, содержа2 щий выходной трубопровод с установленным в нем регулирующим органом, исполнительный механизм, камера которого соединена с патрубком подачи раствора высокой концентрации и сильфоном, соединенным через шток с регулирующим органом и патрубок раствора низкой концентрации, отличающийся тем, что, с целью снижения энергозатрат регулятора, в устройство введена полупроницаемая мембрана, установленная между камерой и патрубком раствора низкой кон3s центрации, который соединен с выходным трубопроводом.
2. Регулятор расхода по п. 1, отличающийся тем, что камера исполнительного механизма сообщена с патрубком раствора низкой концентрации с помощью дополнительно40 го трубопровода с обратным клапаном.
Источники информации, принятые во внимание .при экспертизе.
1. Авторское свидетельство СССР № 450931, кл. G 05 D 16/06, 1972.
2. Промышленная трубопроводная арматура. Каталог-справочник, № 3, ГОСИНТИ, М., !963, с. 154 — 155.
Составитель Jl. Корсакова
Редактор С. Равна Техред О. Дуговая Корректор Л. Василина
Заказ 111/38 Тиран(1014 Подписное
11НИИПИ Государственного комитета СССР по делам изобретений и открытий
I 13035, Москва, Ж-35; Раушская наб. д. 4/S
Филиал ППП <Патент», г, Ужгород, ул. Проектная, 4