RU168325U1

RU168325U1 - GAS FLOW DEVICE

Info

Publication number: RU168325U1
Application number: RU2016112029U
Authority: RU
Inventors: Тимур Мажлумович Гаджиев; Ибрагим Гичибекович Зубаилов; Расул Качалаевич Арсланов; Мухтар Гусенович Куруцов; Марат Алиевич Алиев; Риза Магомедовна Гаджиева; Асхаб Магомедович Асхабов; Закир Амилевич Алиев
Original assignee: Общество с ограниченной ответственностью "Научно-производственная компания "Солэн"
Priority date: 2016-03-30
Filing date: 2016-03-30
Publication date: 2017-01-30

Abstract

Полезная модель относится к вакуумным приборам. Технический результат – высокая точность управления параметрами напускаемых газов, или смесей газов для использования в сверхвысоковакуумных технологических установках. Для этого в качестве прибора для автоматического управления поддержания заданных параметров натекаемого газа применен пропорционально-интегрально-дифференциальный регулятор, причем подача газа, подлежащего регулировке, осуществляется параллельно на входной штуцер игольчатого натекателя и вход измерителя давления газа. С выхода измерителя давления унифицированный электрический сигнал подается на вход пропорционально-интегрально-дифференциального регулятора, с выхода которого электрический сигнал поступает на реверсивный электродвигатель, а съем технологического газа осуществляется с выходного штуцера игольчатого натекателя. 3 ил.The utility model relates to vacuum devices. EFFECT: high accuracy of controlling parameters of injected gases, or gas mixtures for use in ultrahigh-vacuum technological installations. For this, a proportional-integral-differential controller is used as a device for automatic control of maintaining the set parameters of the leaking gas, and the gas to be regulated is supplied in parallel to the inlet fitting of the needle leak and the input of the gas pressure meter. From the output of the pressure meter, a unified electrical signal is fed to the input of the proportional-integral-differential controller, from the output of which the electric signal is supplied to the reversible electric motor, and the process gas is removed from the outlet fitting of the needle leakage. 3 ill.

Description

Полезная модель относится к вакуумным приборам, предназначенным для открытия-закрытия, а также плавного напуска технологического газа в вакуумные технологические установки с возможностью автоматического регулирования давления газа и интенсивности его потока.The utility model relates to vacuum devices designed for opening-closing, as well as for smooth inlet of process gas into vacuum process units with the ability to automatically control the gas pressure and its flow rate.

Известен игольчатый натекатель (вентиль тонкой регулировки) газов типа Н-12. Натекатель предназначен для ручного регулирования расхода газовой среды и перекрытия газопроводов (http://granat-e.ru/h12.html). Все игольчатые натекатели подобного типа конструктивно содержат корпус с продольным каналом, входной и выходной штуцеры для подачи и отвода газа, вентиль со штоком и седло. В канале размещена коническая игла. При вращении вентиля со штоком связанная с ним коническая игла плавно перемещается вдоль канала, увеличивая (уменьшая) сечение кольцевого зазора между ней и седлом, тем самым изменяя количество газа, проникающего в вакуумную систему через выходной штуцер. Шток снабжен дифференциальной микрометрической резьбой.Known needle leak (valve fine adjustment) gases of the type N-12. The overflow tapper is designed for manual control of the flow of the gaseous medium and shutoff of gas pipelines (http://granat-e.ru/h12.html). All needle-type leakages of this type structurally comprise a body with a longitudinal channel, inlet and outlet fittings for supplying and discharging gas, a valve with a stem and a seat. A conical needle is placed in the channel. When the valve with the stem rotates, the conical needle connected with it moves smoothly along the channel, increasing (decreasing) the cross section of the annular gap between it and the seat, thereby changing the amount of gas entering the vacuum system through the outlet fitting. The stem is equipped with differential micrometric thread.

Основной недостаток натекателя данного типа заключается в том, что интенсивность потока газа регулируется вручную, что не позволяет точно выставить и в дальнейшем воспроизвести требуемый напуск газа в технологическую установку. Кроме того, в процессе эксплуатации такой натекатель может потерять герметичность; может произойти развальцовка седла.The main disadvantage of this type of leakage device is that the gas flow rate is manually controlled, which does not allow you to accurately set and subsequently reproduce the required gas inlet into the process unit. In addition, during operation, such a leak may lose tightness; flaring of the saddle may occur.

Известен также электромеханический натекатель (ЭМН) предназначенный для плавного напуска газа в вакуумные системы и автоматического поддержания заданного давления (http://www.nitin.rzn.ru/product/nvd.htm). Идентичен ему и натекатель (http://www.chipmaker.ru/topic/141465/page_k_bb2fe024f8a71424996db6d9af08c1fc_setlanguage_1_langurlbits_topic/141465/_langid_1). Любой из них можно выбрать в качестве прототипа. Конструктивно натекатель содержит каркас, на котором смонтирован игольчатый натекатель (например, типа Н-12) с входным и выходным штуцерами для подачи и съема технологического газа, исполнительный механизм, выполненный на базе реверсивного электродвигателя, вал которого соединен с входным валом редуктора, таймер (например, типа ТРМ501). Выходной вал редуктора соединен со штоком игольчатого натекателя. Игольчатый натекатель газа соединен с электромагнитным высоковакуумным клапаном, предназначенным для мгновенного открытия и перекрытия потока газа. ЭМН также снабжен системой регулировки хода штока натекателя. Исполнительный механизм кроме реверсивного электродвигателя и редуктора включает также конечные выключатели, срабатываемые под действием давления одного конца рычага. Другой конец рычага подвижно связан со штоком игольчатого натекателя. Регулируя зазор между конечными выключателями и концом рычага, можно изменять расстояние, на которое передвигается шток игольчатого натекателя, в том числе передвигается и связанная с ним коническая игла. Конечные выключатели установлены в цепи, питающей реверсивный электродвигатель, включая и выключая его. Тем самым, ограничивается ход конической иглы, предотвращая возможное механическое вклинивание его в седло. В качестве прибора для обеспечения автоматизации режима поддержания заданных параметров газа использован таймер, выход которого электрически связан с клеммами питания реверсивного двигателя, что обеспечивает заданное время и направление вращения вала.Also known electromechanical leakage (EMN) designed for smooth inlet of gas into vacuum systems and automatic maintenance of a given pressure (http://www.nitin.rzn.ru/product/nvd.htm). The leaker is identical to it (http://www.chipmaker.ru/topic/141465/page_k_bb2fe024f8a71424996db6d9af08c1fc_setlanguage_1_langurlbits_topic/141465/_langid_1). Any of them can be chosen as a prototype. Structurally, the leakage device comprises a frame on which a needle-type leakage device (for example, type N-12) is mounted with inlet and outlet fittings for feeding and removing process gas, an actuator based on a reversible electric motor, the shaft of which is connected to the input shaft of the gearbox, a timer (for example , type TPM501). The output shaft of the gearbox is connected to the stem of the needle leakage. The needle gas leakage is connected to an electromagnetic high-vacuum valve designed to instantly open and close the gas flow. EMN is also equipped with a leakage rod stroke adjustment system. The actuator, in addition to the reversible electric motor and gearbox, also includes limit switches that are activated by the pressure of one end of the lever. The other end of the lever is movably connected to the stem of the needle leakage. By adjusting the gap between the limit switches and the end of the lever, you can change the distance by which the rod of the needle leakage moves, including the conical needle that moves with it. Limit switches are installed in the circuit supplying the reversible electric motor, turning it on and off. Thereby, the stroke of the conical needle is limited, preventing its possible mechanical wedging into the saddle. As a device for ensuring automation of the mode of maintaining the set gas parameters, a timer is used, the output of which is electrically connected to the power terminals of the reversing motor, which ensures a given time and direction of rotation of the shaft.

Недостаток данного типа ЭМН заключается в том, что для автоматического поддержания заданного давления газа в качестве регулятора использован встроенный таймер типа ТРМ501 с функцией поддержки выполнения программ технолога. Однако таймер не обеспечивает автонастройку по современному эффективному алгоритму, сложен в эксплуатации, не обеспечивает точность управления многоступенчатыми температурными режимами в вакуумных технологических установках. Кроме того, такие регуляторы достаточно инерционны и их параметры меняются при изменении температуры окружающей среды и технологического газа.The disadvantage of this type of EMN is that to automatically maintain a given gas pressure, a built-in timer of the TPM501 type with the function of supporting the execution of the technologist's programs is used as a regulator. However, the timer does not provide auto-tuning according to a modern efficient algorithm, is difficult to operate, and does not provide accurate control of multi-stage temperature conditions in vacuum process plants. In addition, such controllers are rather inertial and their parameters change with changing ambient temperature and process gas.

Технической задачей полезной модели является создание системы напуска газов, обеспечивающей высокую точность управления параметрами напускаемых газов, или смесей газов для использования в сверхвысоковакуумных технологических установках.The technical task of the utility model is to create a gas inlet system that provides high precision control of the parameters of the gas being injected, or gas mixtures for use in ultrahigh-vacuum technological installations.

Технический результат достигается тем, что в качестве прибора для автоматического управления поддержания заданных параметров натекаемого газа применен пропорционально-интегрально-дифференциальный регулятор, причем подача газа, подлежащего регулировке, осуществляется параллельно на входной штуцер игольчатого натекателя и вход измерителя давления газа. С выхода измерителя давления унифицированный электрический сигнал подается на вход пропорционально-интегрально-дифференциального регулятора, с выхода которого электрический сигнал поступает на реверсивный электродвигатель, а съем технологического газа осуществляется с выходного штуцера игольчатого натекателя.The technical result is achieved in that a proportional-integral-differential controller is used as a device for automatic control of maintaining the set parameters of the inflowed gas, and the gas to be regulated is supplied in parallel to the inlet fitting of the needle leak and the inlet of the gas pressure meter. From the output of the pressure meter, a unified electrical signal is fed to the input of the proportional-integral-differential controller, from the output of which the electric signal is supplied to the reversible electric motor, and the process gas is removed from the outlet fitting of the needle leakage.

Применение ПИД-регулятора позволяет в широком диапазоне осуществлять высокоточное пошаговое программное регулирование технолога, обеспечивает нахождение регулируемой величины в установленных границах. При выходе этих величин за установленные границы технологический процесс не прерывается, но выдается предупреждение и срабатывает выходной элемент, к которому можно подключить различные сигнальные устройства (лампу, звонок и т.п.).The use of the PID controller allows for a wide range of highly accurate step-by-step programmatic control of the technologist, ensures that the controlled variable is within the specified limits. When these values go beyond the established boundaries, the technological process is not interrupted, but a warning is issued and an output element is triggered, to which various signal devices (lamp, bell, etc.) can be connected.

Конструкция полезной модели пояснена фиг. 1-2.The design of the utility model is illustrated in FIG. 1-2.

Конструктивно натекатель газа содержит каркас 1, на котором смонтирован игольчатый натекатель 2 с входным 3 и выходным 4 штуцерами для подачи и съема технологического газа, электромагнитный высоковакуумный клапан 5, пропорционально-интегрально-дифференциальный регулятор 6, регулирующий число оборотов и направление вращения вала электродвигателя, преобразователь давления 7 и исполнительный механизм. Штуцер 4 выведен на переднюю панель устройства (на чертеже размещен рядом с преобразователем давления 7).Structurally, the gas leakage device comprises a frame 1, on which a needle leakage device 2 with an input 3 and an output 4 fittings for mounting and removing process gas is mounted, an electromagnetic high-vacuum valve 5, a proportional-integral-differential controller 6, which regulates the number of revolutions and the direction of rotation of the motor shaft, a converter pressure 7 and actuator. The fitting 4 is displayed on the front panel of the device (in the drawing it is placed next to the pressure transducer 7).

Исполнительный механизм включает реверсивный электродвигатель 8, вал 9 которого посредством муфты соединен с входным валом 10 редуктора 11. Выходной вал 12 редуктора соединен со штоком игольчатого натекателя 2 газа. Игольчатый натекатель газа соединен с электромагнитным высоковакуумным клапаном 5, предназначенным для мгновенной подачи и перекрытия потока газа. Исполнительный механизм снабжен системой регулировки хода штока игольчатого натекателя 2, содержащей конечные выключатели 13 и 14, срабатываемые под действием давления конца рычага 15. Другой конец рычага через толкатель 16 подвижно связан со штоком игольчатого натекателя и придает поступательное движение через шток конической игле игольчатого натекателя 2. Регулируя зазор между конечными выключателями 13 и 14 и концом рычага 15, можно изменять расстояние, на которое будет перемещаться шток и коническая игла игольчатого натекателя. При этом коническая игла плавно перемещается вдоль канала, увеличивая (уменьшая) сечение кольцевого зазора между ней и седлом, и изменяя интенсивность потока газа на выходе устройства. Кроме того, так как конечные выключатели установлены в цепи, питающей реверсивный электродвигатель 8, то они включают и выключают в нужный момент времени. То есть, система регулировки хода штока ограничивает ход конической иглы, и предотвращает возможное механическое вклинивание иглы в седло игольчатого натекателя. В подвале каркаса 1 размещен блок питания устройства.The actuator includes a reversible electric motor 8, the shaft 9 of which is connected via a clutch to the input shaft 10 of the gear 11. The output shaft 12 of the gear is connected to the rod of the needle gas leakage 2. The needle gas leakage is connected to an electromagnetic high-vacuum valve 5, designed for instantaneous supply and shut off of the gas flow. The actuator is equipped with a needle rod 2 stroke adjustment system containing end switches 13 and 14, which are activated by the pressure of the end of the lever 15. The other end of the lever through the pusher 16 is movably connected to the rod of the needle leak and gives translational movement through the rod to the conical needle of the needle leak 2. By adjusting the gap between the end switches 13 and 14 and the end of the lever 15, you can change the distance over which the rod and conical needle of the needle leakage will move. In this case, the conical needle moves smoothly along the channel, increasing (decreasing) the cross section of the annular gap between it and the saddle, and changing the intensity of the gas flow at the outlet of the device. In addition, since the limit switches are installed in the circuit supplying the reversible electric motor 8, they turn on and off at the right time. That is, the rod stroke adjustment system limits the movement of the conical needle and prevents the mechanical wedging of the needle into the needle leak seat. In the basement of the frame 1 is the power supply unit.

Устройство для натекания газа работает следующим образом:A device for gas leakage works as follows:

Сначала на ПИД регуляторе 6 устанавливают значения исходных технологических данных, потом технологический газ подают на вход преобразователь давления 7 и одновременно во входной штуцер 3 игольчатого натекателя 2. В качестве преобразователя давления может быть применен, например, пьезоэлектрический прибор типа 014МТ. Преобразователи давления, в том числе называют датчиками давления. На выходе датчика давление газа преобразуется в унифицированный выходной сигнал по току или напряжению. Этот сигнал поступает на универсальный вход ПИД регулятора 6. С выхода ПИД регулятора сигнал поступает на электромагнитный клапан 5 и на вход электродвигателя 8 исполнительного механизма. При этом пропорциональная составляющая ПИД регулятора вырабатывает выходной сигнал, противодействующий отклонению регулируемой величины от заданного технологического значения, наблюдаемому в данный момент времени. Он тем больше, чем больше это отклонение. Если входной сигнал равен заданному значению, то выходной сигнал равен нулю. То есть выходной сигнал с ПИД регулятора управляет параметрами электродвигателя, увеличивая, или уменьшая число оборотов его вала, или реверсируя его направление вращения. Тем самым изменяется интенсивность потока газа и его давление на выходе игольчатого натекателя 2.First, the values of the initial technological data are set on the PID controller 6, then the process gas is supplied to the pressure transducer 7 at the input and simultaneously to the inlet fitting 3 of the needle nozzle 2. As a pressure transducer, for example, a piezoelectric device type 014MT can be used. Pressure transmitters, including called pressure sensors. At the output of the sensor, the gas pressure is converted into a unified output signal for current or voltage. This signal is fed to the universal input of the PID controller 6. From the output of the PID controller, the signal is supplied to the electromagnetic valve 5 and to the input of the electric motor 8 of the actuator. In this case, the proportional component of the PID controller generates an output signal that counteracts the deviation of the controlled variable from the set technological value observed at a given time. He is the greater, the greater this deviation. If the input signal is equal to the set value, then the output signal is zero. That is, the output signal from the PID controller controls the parameters of the electric motor, increasing or decreasing the number of revolutions of its shaft, or reversing its direction of rotation. Thereby, the intensity of the gas flow and its pressure at the outlet of the needle leakage 2 are changed.

Claims

A device for gas leakage containing a frame on which an actuator is mounted, including limit switches, a lever and a reversible electric motor, the shaft of which transmits rotation to the input shaft of the gearbox, and the output shaft of the gearbox is connected to the rod of the needle leakage, equipped with input and output fittings, a device for automatic control of maintaining the set value of the inflowing gas and electromagnetic high-vacuum valve, characterized in that as a device for automatic control by The proportional-integral-differential controller is applied to hold the set parameters of the inflowed gas, and the gas to be regulated is supplied in parallel to the inlet of the needle-type leakage and the input of the gas pressure transducer, from the output of which a unified electrical signal is supplied to the input of the proportional-integral-differential controller, s the output of which an electric signal is supplied to the reversible electric motor, and the process gas is removed from the output w Utsera needle valve.