3.2. Регуляторы расхода несжимаемых сред

Базовая схема регулятора расхода изображена на рис. 3.1. Представленный на этой схеме регулятор по принципу действия является регулятором, обеспечивающим постоянство перепада давления - р₂=Δр на дросселе 5. Распространенное название такого устройства - регулятор расхода, объясняется регулятор расхода пропорциональностью расхода и перепада давления: при допущениях µ = const. Формула (3.1) принимает вид

.

В реальных условиях использования регуляторов расхода указанно допущение являются достаточно строгими и практически не влияет на получение требуемой точности в регулировании расхода. По такой схеме выполнен регулятор расхода воды в ЭУ торпеды 53-57.

Рис. 2.1. Схема регулятора расхода

1- магистраль, 2 - мембрана или поршень, 3 - винт настройки, т.е. установки необходимой величины расхода, 4 - пружина, 5 - дроссель, 6 - клапан, 7-полость слива

Работа регулятора основана на равновесии сил, приложенных к подвижным элементам: мембране (поршню) 2 и клапану 6. Нарушение равновесия сил приводит к смещению клапана и мембраны, что изменяет расход среды на слив G_с и с точностью до статической ошибки восстанавливает заданные Δp и G.

Зависимость перепада давления от параметров регулятора, вытекающую из уравнения равновесия сил, называют статической характеристикой

(3.6)

Переменная часть уравнения (3.6), т.е. второй и третий члены правой части, является статической ошибкой регулятора

(3.7)

Используя уравнение (3.1), статическую характеристику регулятора выражают через расход

(3.8)

где

F_др, µ - площадь проходного сечения и коэффициент расхода дросселя,

Q₀, с₀ - усилие предварительного сжатия и жёсткость пружины,

F_э - эффективная площадь мембраны или геометрическая площадь поршня,

F_к, l - площадь и высота подъёма клапана.

Параметрический состав формулы (3.7) показывает, что за счёт конструктивных элементов и регулятора статическую ошибку теоретически можно сделать сколь угодно малой. И в реальных условиях доведения Δ р до требуемых норм не вызывает трудностей.

В регуляторах расхода, как и в регуляторах давления используются:

- клапана, разгруженные от р_с, что в статической ошибке (3.7) исключает член с р_с;

- воздействие на клапан, а следовательно и на расход, командным давлением р_к, что требует соединения мембраны (поршня) 2 с дополнительными мембранами (поршнями) аналогично тому, как это делается в регуляторах давления (рис. 2)

- элементы, обеспечивающие многорежимность: шток, вводимый в дроссель, изменяющий площадь его проходного сечения, или сменные дросселя.

Конструктивная схема перечисленных элементов показана в схеме торпедного трёхрежимного регулятора расхода унитарного топлива, рис. 3.2. Этот регулятор предназначен:

- обеспечивать на любом установившемся режиме постоянство расхода топлива с предписанной точностью;

- многократно изменять расход топлива соответственно с режима I на режим II, режим III и обратно;

- на каждом из режимов изменять расход по заданному закону в зависимости от глубины хода торпеды.

Работает регулятор расхода топлива (РРТ) следующим образом.

В исходном положении шток второго режима 27 входит в отверстие дросселя первого режима 26 и принудительно фиксируется на упоре в корпус 1 поршнем 24, упирающимся в поршенек 10, который закреплен чекой 18 во втулке 19.

Рис. 3.2. Регулятор расхода топлива экспортной торпеды УГСТ

К рис. 3.2. Сечение по А-А

1 - корпус,

2, 4, 31 -клапан,

3,22, 27 -шток,

5, 11 - пружина,

6, 14, 19, 25, 32, 34, 39, 41 - втулка,

7,15 - сектор,

8, 16, 23, 33, 35, 36 - крышка,

9 - регулировочное кольцо,

10, 20, 24 - поршень,

12 - поршень компенсации реж. II,

13 - поршень компенсации реж. I,

17-мембрана,

18 - чека,

21 -пробка,

26 - дроссель реж. I,

28, 38 -седло,

29 - дроссель реж. II,

30 –фильтр,

37-заглушка,

40 - трубопровод разгрузки клапана слива,

а₁, б₁– сверление,

Б, В, Г, Е, И, Н, Р, С, Т, Ц, Ш - полость,

Д - полость слива топлива на вход в насос,

Ж - полость подвода забортного давления,

3 - полость подвода воды от насоса,

К - полость забортной воды от насоса и переключателя режима II↔I,

Л - полость отвода топлива в камеру сгорания,

М - кольцевая дроссельная щель реж. II,

П - клапан,

У - поршень,

Ф - полость подвода топлива от насоса,

Ю - полость азота для переключения регулятора на реж. III,

Я - полость азота переключателя режимов III ↔II.

Клапан 2 усилием сжатой пружины 5 упирается в седло 38. Поршень 10 усилием сжатой пружины 11 упирается в корпус 1.

После старта азот высокого давления из магистрали торпеды поступает в полость Ю (сечение А-А) и по сверлению Б₁ в полость Т, прижимая клапан П к седлу 28 через поршень У. Топливо от топливного насоса поступает на вход Ф, проходит фильтр 30 и поступает полость Р, где разделяется:

- часть топлива через дроссель третьего режима 29 и дроссельную щель второго режима М поступает в полости Г, В и в полость Л, а далее в камеру сгорания;

- часть топлива поступает в полость Ц, открывает клапан 2, сжимая пружину 5 и через проходное сечение, образованное клапаном 2 и седлом 38 и штоком 3 регулятора слива и втулкой 39 поступает на слив в полость Д и далее на вход насоса топлива.

Так как давление топлива в полостях Е и Ш одинаково, а уплотнительный диаметр поршня 13 в полости Е равен диаметру усика седла 38, то клапан 2 находится под действием двух сил, определяемых:

- с одной стороны - давлением топлива в полости Ц;

- с другой стороны - усилием сжатой пружины 5 и давлением в полости Г.

При повышении давления в полости Ц, клапан 2 перемещается вправо, сжимая пружину 5, увеличивая расход топлива на слив. Давление в полости Ц понижается и усилием сжатой пружины 5 клапан 2 перемещается влево, уменьшая слив. Тем самым усилие сжатой пружины 5 поддерживает постоянный перепад давления между полостями Ц и Г, а следовательно, и перепад между полостями Р и Л, т.е. постоянный перепад на линии двух последовательно стоящих дросселей третьего режима 29 и второго режима, образованного кольцевой щелью М, при этом перепады на дросселях III и II режимов будут постоянными и определяться диаметрами дросселей, а их суммарный перепад равен перепаду между полостями Ц и Г. Так как дроссель режима II намного больше дросселя режима III, то расход на третьем режиме будет постоянным и определяться только диаметром дросселя режима III и его перепадом. Тем самым поддерживается постоянный расход топлива в камеру сгорания на режиме III хода торпеды.

Шток 3 регулятора слива находится под действием двух сил, определяемых:

- с одной стороны - давлением в плоскостях Б и Д;

- с другой стороны - давлением в полостях В и Д. Диаметры уплотнительных элементов штока 3 (затвора в полости Б, цилиндрической части и хвостовика) подобраны таким образом, что регулятор слива поддерживает давление топлива в полостях Ш и Е в зависимости от давления топлива в полости Л с постоянным коэффициентом, равным 0,9. А так как давление в полости Ц связано постоянным перепадом с давлением в полости Л, то поддерживается и постоянный перепад по сливу между полостями Ц и Ш.

Одновременно после запуска двигателя и насоса морской воды (НМВ) вода от НМВ поступает в полость 3, прижимая поршнем 24, шток 27 к корпусу 1, фиксируя шток 27 в дросселе первого режима 26. При этом поршень 22, давя на поршенек 20, перемещается вправо до упора во втулку 19, срезая чеку 18. Поршенек 20 перемещается вправо до упора в пробку 21 . Забортное давление поступает в полость Ж и действует на поршень второго режима 12, добавляя дополнительное усилие к сжатой пружине, действующей на клапан 2, тем самым изменяя перепад давления на клапане 2 и дросселе третьего режима 29, а следовательно расход топлива в I камеру сгорания по определённому закону, соответствующему изменению глубины хода изделия на режиме III

При переключении режимов хода торпеды с III на II срабатывает переключатель режимов, стоящий в линии азота высокого давления. Азот высокого давления поступает в полость Я (сечение А-А) и далее по сверлению А₁ в корпусе 1 в полость С. Так как уплотнительный диаметр поршня У в полости С больше уплотнительного диаметра в полости Т, то поршень У и механически связанный с ним клапан П перемещаются влево до упора поршня У во втулку 32, открывая полость Н седла 28. Топливо из полости Р поступает в полость Н и дальше в дроссель второго режима, образованного дроссельной щелью М между дросселем первого режима 26 и штоком 27, и через полость Л в камеру сгорания с расходом, соответствующим расходу режима II хода торпеды.

При переключение режимов со II на I срабатывает переключатель режимов, установленный в линии морской воды, через который морская вода от НМВ поступает в полость К, далее в полость И и по сверлениям в корпусе 1 в полость под поршень 10. При этом поршень 24 под действием давления морской воды, действующей на поршенек 24, и шток второго режима 27 под действием давления в полости Л, преодолевая давление морской воды в полости 3, перемещаются вправо, вытесняя морскую воду из полости 3 в линию за НМВ. Одновременно морская вода давит на поршень 10, который перемещается вправо до упора поршня 12 во втулку 14. С этого момента забортное давление в полости Ж действует только на поршень компенсации первого режима 13, уменьшая усилие, действующее на клапан 2. Тем самым, изменяя перепад давления на дросселе режима I по сравнению с режимом II, а следовательно, и закон подачи топлива в камеру сгорания в зависимости от глубины хода торпеды на первом режиме.

При переключении с первого режима на второй срабатывает переключатель режима в линии морской воды, при этом давление морской воды от НМВ из полостей И, К и из-под поршня 10 стравливается в сливной бачок. Поршень 24 под действием давления морской воды в полости З перемещается влево, перемещая шток 27 до упора в корпус 1, при этом шток 27 входит в отверстие дросселя первого режима 26, уменьшая его проходное сечение. Одновременно поршень 10 под действием усилия сжатой пружины 11 перемещается влево до упора в корпус 1, освобождая поршень компенсаций второго режима 12. Топливо начинает поступать в камеру сгорания с расходом в зависимости от глубины хода торпеды, соответствующим режиму II.

При переключении со II режима на III срабатывает переключатель режима в линии азота высокого давления, стравливая давления азота из полости С в отсек и далее через клапан предохранительный за борт. Клапан П под действием давления азота в полости Т, действующего на поршень У, перемещается вправо до упора в седло 28. Полость Р отсекается от полости Н и топливо в камеру сгорания поступает через дроссель третьего режима 29 с законом компенсации по глубине, определяемым поршнем компенсации второго режима 12.