Пневмогидравлическое дифференциальное вычислительное устройство
Патент 752357
Авторы
Классы МПК
Пневмогидравлическое дифференциальное вычислительное устройство
Иллюстрации
Реферат
Союз Советскин
Социалистических
Республик
ОП ИСАНИЕ
ИЗОБРЕТЕН ИЯ
К АВТОРСКОМУ СВИДЕТЕЛЬСТВУ
<»> 752357 к ( (6l ) Дополнительное к авт. свид-ву (22) Заявлено 23,03.78 (21) 2593141/18-24 с присоединением заявки М (23) Приоритет
Опубликовано 30.07.80. Бюллетень М 28
Дата опубликования описания 30.07.80 (51)M. Кл.
G 06 G 5/00
Государстеенный комитет по делам изобретений и открытий (53) УДК621-5. .25(088.8) (72) Авторы изобр етения
Б. Д. Клименский, М. B. Щелкунов и Н. Г. Хи княк (73) Заявитель (54) ПНЕВМОГИДРАВЛИЧЕСКОЕ ДИФФЕРЕНЦИАЛЬНОЕ.ВЫЧИСЛИТЕЛЬНОЕ УСТРОЙСТВО
Изобретение относится к области приборостроения и предназначено для использования в пневмогидравлической автоматике, например авиационных гаэотурбинах двигателей для вычисления величины вы5 ходного сигнала в виде хода, пропорционального производной входного сигнала давления, что позволит применять устройство в системах автоматического регулирования ГТД, в качестве дифференциаль- 1п ных корректирующих звеньев или звеньев некоторых автоматов разгона, программы которых инвариантны к внешним условиям.
Известны пневматические дифференцирующие устройства, предназначенные для использования в промышленной пневмоавтоматике (11.
Однако принцип этих устройств не позволяет создать работоспособные гидравлические аналоги (они получаются автоколе- щ бательными), кроме того эти устройства существенно инерционны и выдают выходной сигнал в виде давления, что наряду со специфической конструкцией не позволяет использовать их в САР авиационного назначения.
Наиболее близким к предлагаемому является пневмогидравлическое устройство прямого предварения сигнала давления, содержащие пневмогидравлический усилитель с симметричными дросселями, емкостное звено, выходной рычаг с противоположна размещенными на рабочем конце заслон- кой переменного дросселя усилителя и преобразователем входного сигнала в виде пневмогидравлического редуктора с симметричным дросселем на входе и поплавковымна выходе, конический поплавок которого соединен вершиной с рычагом (21.
Такие устройства не обладают перечисленными недостатками устройств, построенных из пневмоусилителей системы УСЭППА, но вычисляют не дифференциальный выходной сигнал, а дифференциально-пропорциональный выходной сигнал, что отвечает практическому назначению, отличакецемуся от назначения дифференцируюшего устройства.
Цель изобретения — расширение.функциональных воэможностей, т.е. обеспечение вычисление величины выходного сигнала в виде хода, пропорционального производной входного сигнала давления, и расширения тем самым области применения устройства.
Поставленная цель достигается тем, что отношения рабочих площадей входного 10 и выходного дросселей пневмогидравлического усилителя и преобразователя входного сигнала выбраны равными, причем питающие входы пневмогидравлического уси лителя и преобразователя входного сигна- 15 ла соединены одним и тем же источником входного давления, На чертеже представлена схема устройства.
Устройство содержит пневмогидравли- 20 ческий усилитель 1, на питающем входе которого установлен постоянный входной симметричный дроссель 2, на выходе— переменный выходной симметричный дроссель 3, и емкостное звено 4, подключен- 25 ное к проточной камере 5 усилителя. Заслонка 6 переменного дросселя 3 и преобразователь 7 входного сигнала размещены противоположно друг другу на выходном рычаге 8, установленном на опоре 9 в полости слива 10, Преобразователь 7 входного сигнала представляет собой пневмогидравлический редуктор, на питающем входе которого установлен входной постоянный симметричный дроссель 11, на вы- З5 ходе — выходной постоянный поплавковый дроссель 12, содержащий втулку 13 и размещенный аксиально внутри нее конический поплавок 14, соединенный вершиной с выходным рычагом 8 так, что ось 40 поплавка 14 совпадает с осью заслонки, а эффективная плошадь его основания равна аффективной площади заслонки. Питающие каналы 15 и 16, подведенные к входным дросселям усилителя и редуктора, сое-45 динены с источником входного давления Р
При этом отношения рабочих площадей вход ных и выходных дросселей усилителя 1 и редуктора 7 равны. Причем л J ç /
Устройство работает следующим обраЭоме
К питающим входам усилителя 1 и per
55 дуктора 7 подведено рабочее тело под пе-. ременным давлением Р, производную которого требуется вычислить в виде хода ры. чага 8. Давление Р редуцируется в редук
4 торе 7 до значения Р, причем зависимость между давлением Р и входным давлением Р определяется иэ баланса расхода через дроссели редуктора, который выражается следунхпим образом где б и э - рабочие плошади постоянных отверстий дросселей 11, 12; р р>Р»1 и р (р»» - некоторые функннн давлений Р и РЛ,входящие в математические выражения массовых расходов через дроссели 11 и 12 и зависящие по виду от агрегатного состояния рабочего тела и режима истечения. При этом уравнение (1) справедливо для ряда частных случаев, преобладающих на практике, а именно: а) для случая введения гидравлического рабочего тела, когда Р выработано избыточным над давлением уровня Рур=со М б) дл.ч случая введения пневматического рабочего тела при надкритических режимах истечения на дросселях или при подкритических, но при Р р -const .
Работа усилителя 1 отличается от работы редуктора 7. Поступающее в него через дроссель 2 рабочее тело при изменении внутреннего давления Р расходуется как через выходной дроссель 3, так и на изменение массы емкостного звена 4.
Так как заслонка 6 и противоположный ей поплавок 14 представляет собой единый элемент сравнения сигнала давления
Р и РЛ, который перемещается по рассогласованию (разности) давлений РЛ и
Рл настлько малому по значению (оно представляет собой в основном силу инерции рычага с укрепленным на нем элементом), что практически представить следуюсправедливым равенство
I л (2)
Перемещение заслонки 6, изменяя проходное сечение дросселя 3, регулирует баланс расхода через усилитель 1, который можно математически представить следующим уравнением: аа (Р ) dt где 9 - рабочая площадь (дросселирую3 щего отверстия) постоянного дросселя 2;
- рабочая площадь переменного дросселя 3;
Q(y) - масса рабочего тела в объеме емкостного звена.
7523
АЧ 4V
4Ч- О "4 (4).
5 (5) где р
Р „- (Р) 4Р /Д1, (6) 40 ло (р)а" д (7) ah„= К dn/cH, 3 Л 2 получим где
Поскольку дроссель 3 является симметричным где gf - диаметр рабочего участка дросселя 30 — зазор между рабочими кромка4 ми дросселя.
Используя уравнения (1), ..., (3) и выражение (4), а также приняв для упрощения S 5 можно показать, что переме- 15 шение рычага 8 зависит от производной сигнала давления P . Для этого необходимо из выражения (3) вычесть выражение (1). После вычитания и необходимых преобразований получаем 20
Если устройство испольэовать в качестве корректирующего цефференцируюшего звена в системах автоматического регулирования установившихся режимов (в малом), 30 то в выражении (5) переменная составляющая a h 4 << h 4p и, следовательно, соответствующее вР ((Ph поэтому для этого случая можно принять
О л ЛО
35 и привести выражение (6) к следующему виду (р ) .Выражение (8) доказывает, что при обесЮ печении таких отличительных признаков как соединение обоих питающих входов устройства предварения с источником входного давления и равенства отношений одноимен45 ных дросселей усилителя и редуктора выходным сигналом устройства становится ход, пропорциональный производной входного давления, что расширяет область применения (дифференциальных) вычислительных
50 устро йств.
Выражение (8) получают, прибегнув сначала к принятой в теории систем автоматического регулирования линеаризации уравнений (1) и (3).
Для тех практических задач, в которых изменение давления P существенно, выражение выходного сигнала (6) имеет коэффициент К (P )) ((77)), зависящий от
57 6 входного давления Р . В этих случаях устройство может быть использовано для вычисления производной отдельных параметров ГТД.
При использовании устройства в автомате приемистости ГТП, работающем на гидравлическом рабочем теле (керосине) и реализующем программу сЬ ф р Л где f) — частоте вращения трубокомпресФ сора;
P — полное давление перед компрессором;
- постоянный коэффициент, то в выражении (7) фф)Л /2 gP — коэффициент истечения; — плотность рабочего тела;
52 (4 10) (1O) где S — плошадь поршня гидравлического емкостного звена;
C - жесткость пружины под поршнем.
Подставив величины ФФ 1
h и д„ в выражение (6) получим д) СМР
4 л@ д
Л
h где 40 к=— 4О Г2Р С и, наконец, приняв в качестве входного сигнала устройства выходной сигнал преобразователя частоты, вращения в гидравлиА ческое давление P„ — g p
Выражение (11 ) квк и (8) также является доказательством положительного эффекта,. заключающегося в расширении области применения предлагаемых вычислительных устройств. Это полностью гаоантирует работоспособность и мвлоинерционность предлагаемого устройства, так квк его отличие от известного представляет собой переблокировку питающих каналов и соблюдение равенства отношения рабочих плошадей дросселей усилителя и редуктора.
Формула изобретения
Пневмогидравлическое дифференциальное вычислительное устройство, содержащее
752357
ЦНИИПИ Заказ 4750/9 Тираж 751 Подписное
Филиал ППП Патент", г. Ужгород ул. Проектная, 4 пневмогидравлический усилитель с симметричными дросселями на входе и выходе, емкостной элемент, соединенный,. е проточной камерой пневмогидравлического усилителя, выходной рычаг с размещенными HQ его рабочем конце:заслонкой переменного дросселя и противоположно ей преобразователем входного сигнала, включающим проточную камеру с симметричньцм входным дросселем и выходным поплавковым дрос- 1О селем, содержащим конический поплавок, размещенный во -втулке, прикрепленный вершиной к выходному рычагу соосно с заслонкой переменного дросселя и имеющий равную с ней аффективную площадь, о т †. 1 л и ч а ю щ е е с я тем, что, с целью расширения функциональных возможностей устройства, отношения рабочих плошадей входного и выходного дросселей пневмогидI равлического усилителя и преобразователя входного сигнала выбраны равными, причем питакщие входы пневмогидравлического усилителя и преобразователя входного сигнала соединены с источником входного давления.
Источники информации, принятые во внимание при экспертизе
1. Беренде T. К. и др. Элементы и
If схемы пневмоавтоматики. М., Машиностроение", с. 52, 1968.
2. Авторское свидетельство СССР по заявке %2553422/24, кл. GO6 С 5/00, 13. 12.77 (прототип).