RU180763U1

RU180763U1 - Gas pressure regulator

Info

Publication number: RU180763U1
Application number: RU2018104525U
Authority: RU
Inventors: Дмитрий Борисович Югов
Original assignee: Дмитрий Борисович Югов
Priority date: 2018-02-06
Filing date: 2018-02-06
Publication date: 2018-06-22

Abstract

Полезная модель относится к устройствам для саморегулируемого поддержания определенного давления газа. Возможность точной настройки значений выходного давления в широком диапазоне обеспечивается за счет использования наборов тарельчатых пружин с различной жесткостью. В регуляторе давления газа, содержащем корпус с входным и выходными отверстиями, взаимодействующий с поршнем клапан, поршень взаимодействует с блоком тарельчатых пружин с поджимным резьбовым элементом. Блок тарельчатых пружин состоит из последовательно установленных наборов тарельчатых пружин с различной жесткостью. 2 фиг.The invention relates to devices for self-regulating maintenance of a certain gas pressure. The ability to fine-tune output pressure values over a wide range is provided through the use of cup spring sets with different stiffnesses. In a gas pressure regulator containing a housing with inlet and outlet openings, a valve interacting with the piston, the piston interacts with a disk spring unit with a clamping threaded element. The Belleville spring block consists of sequentially installed sets of Belleville springs with different stiffness. 2 of FIG.

Description

Полезная модель относится к устройствам для саморегулируемого поддержания определенного давления газа. Может использоваться в различных отраслях промышленности, например, в строительстве, в газовой промышленности для применения в пневмосистемах, в технологических трубопроводах, транспортирующих газ и в прочих устройствах.The invention relates to devices for self-regulating maintenance of a certain gas pressure. It can be used in various industries, for example, in construction, in the gas industry for use in pneumatic systems, in technological pipelines that transport gas and in other devices.

Известен регулятор давления по патенту РФ на полезную модель №110809, G05D 16/10, 2011. Регулятор содержит корпус со сквозной полостью и торцевыми элементами подключения его к трубопроводу, пробку, жестко связанную с корпусом и имеющую радиальные перемычки, для прохождения транспортируемой среды. В пробке установлен клапан с возможностью продольного перемещения. Для предотвращения прохождения транспортируемой среды клапан взаимодействует со втулкой, установленной в обойме и контактирующей с витой пружиной сжатия. Недостатком является сложность регулирования диапазона выходного давления.Known pressure regulator according to the patent of the Russian Federation for utility model No. 110809, G05D 16/10, 2011. The regulator contains a housing with a through cavity and end elements connecting it to the pipeline, a plug rigidly connected to the housing and having radial jumpers for passing the transported medium. A valve is installed in the plug with the possibility of longitudinal movement. To prevent the passage of the transported medium, the valve interacts with a sleeve mounted in a cage and in contact with a twisted compression spring. The disadvantage is the difficulty of regulating the range of output pressure.

Известен регулятор давления газа по патенту США №5056550, G05D 16/06, 1991, содержащий приемную камеру, измерительную камеру, регулирующий клапан с запорным органом, механизм открытия и закрытия клапана, реагирующий на изменение давления в измерительной камере и содержащий чувствительный элемент, выполненный в виде подпружиненной диафрагмы. Пружина сжатия, взаимодействующая с механизмом открытия и закрытия клапана, удерживается пружинным фиксатором и крышкой с регулировочным винтовым узлом. Выполнение упругого элемента в виде винтовой пружины сжатия позволяет регулировать лишь определенный диапазон выходных давлений. Производительность устройства ограничивается линейным изменением усилия сжатия, присущим витой сжимаемой пружине. Для витых пружин характер зависимости усилия сжатия от размера деформации является близким к линейному. Недостатком является низкая производительность устройства.Known gas pressure regulator according to US patent No. 5056550, G05D 16/06, 1991, containing a receiving chamber, a measuring chamber, a control valve with a shut-off body, a valve opening and closing mechanism that responds to pressure changes in the measuring chamber and containing a sensing element made in a spring-loaded diaphragm. The compression spring interacting with the valve opening and closing mechanism is held by a spring clip and a cover with an adjusting screw assembly. The execution of the elastic element in the form of a helical compression spring allows you to adjust only a certain range of output pressures. The performance of the device is limited by a linear change in the compression force inherent in a twisted compressible spring. For coil springs, the nature of the dependence of the compression force on the strain size is close to linear. The disadvantage is the low performance of the device.

В качестве ближайшего аналога заявляемому устройству выбран регулятор давления по патенту РФ на изобретение №2593421, G05D 16/00, 2015. Регулятор содержит корпус с входным и выходным каналами, перекрываемыми золотником, чувствительный элемент в виде сильфона, два гасителя колебаний. Золотник кинематически связан через стержень одного из гасителей колебаний с задающим пружинным устройством. Пружинное устройство содержит опору, на которой установлен блок тарельчатых пружин, регулируемый посредством винта, размещенного в крышке корпуса. Пакет тарельчатых пружин настраивается в зависимости от заданных величин давления как управляющей, так и управляемой сред, поступающих в канал корпуса. Настройку производят до достижения герметичности затвора, образованного уплотнительным полем золотника и уплотнительным полем корпуса. При превышении установленного давления управляющей среды золотник поднимается вверх, и размыкает уплотнительные поля, и через образовавшийся зазор управляемая среда попадает в канал корпуса. Недостатком является небольшой рабочий диапазон значений выходного давления регулятора, отсутствие возможности тонкой подстройки выходного давления, недостаточная производительность устройства во всем диапазоне его выходных давлений.As the closest analogue to the claimed device, the pressure regulator according to the patent of the Russian Federation for invention No. 2593421, G05D 16/00, 2015 is selected. The regulator contains a housing with inlet and outlet channels blocked by a spool, a sensing element in the form of a bellows, two vibration dampers. The spool is kinematically connected through the rod of one of the vibration dampers with a master spring device. The spring device comprises a support on which a disk spring unit is mounted, adjustable by means of a screw located in the housing cover. The Belleville spring package is configured depending on the set pressure values of both the control and the controlled media entering the housing channel. The adjustment is made until the shutter is sealed, formed by the sealing field of the spool and the sealing field of the housing. When the set pressure of the control medium is exceeded, the spool rises up and opens the sealing fields, and through the formed gap, the controlled medium enters the channel of the housing. The disadvantage is the small operating range of the output pressure of the regulator, the lack of the ability to fine-tune the output pressure, insufficient productivity of the device in the entire range of its output pressures.

Технический результат заявляемой полезной модели заключается в возможности точной настройки значений выходного давления в широком диапазоне выходных давлений.The technical result of the claimed utility model is the ability to fine tune the values of the outlet pressure in a wide range of outlet pressures.

Технический результат достигается тем, что в регуляторе давления газа, содержащем корпус с входным и выходными отверстиями, клапан, связанный с поршнем, который взаимодействует с блоком тарельчатых пружин, взаимодействующим с поджимным резьбовым элементом, согласно полезной модели, блок тарельчатых пружин состоит из последовательно установленных наборов тарельчатых пружин с различной жесткостью.The technical result is achieved in that in a gas pressure regulator comprising a housing with inlet and outlet openings, a valve connected to a piston that interacts with a disk spring unit interacting with a compression threaded element, according to a utility model, a disk spring block consists of sequentially installed sets Belleville springs with different stiffness.

Технический результат обеспечивается за счет использования наборов различных тарельчатых пружин. В данной модели используются такие преимущества тарельчатых пружин перед пружинами иных видов, как нелинейный характер увеличения усилия сжатия в зависимости от деформации тарельчатой пружины. The technical result is ensured through the use of sets of various disk springs. This model uses the advantages of Belleville springs over other types of springs, such as the nonlinear nature of the increase in compression force depending on the deformation of the Belleville spring.

Использование этих свойств дает то, что в тарельчатых пружинах достаточно большие деформации не вызывают большого изменения нагрузки, как например, у витых пружин, где зависимость усилия сжатия от размера деформации является практически линейной. При рассмотрении графика зависимости нагрузки для тарельчатых пружин от деформации наблюдаются участки, где на определенных стадиях работы тарельчатых пружин при возрастании деформации нагрузка остается почти постоянной. Величина такого участка увеличивается при использовании набора последовательно установленных тарельчатых пружин с различной жесткостью. Подбор пружин при этом должен осуществляться таким образом, что в процессе работы упругого элемента после окончания участка постоянной нагрузки при возрастании деформации для набора более мягких пружин, начинался бы подобный процесс для набора последовательно установленных за ними более жестких пружин. Таким образом при правильном подборе характеристик пружин наборов можно значительно расширить диапазон регулирования выходного давления и повысить точность регулирования. Незначительное изменение усилия на пружине приводит в данном случае к значительному изменению деформации последней, существенно увеличивает производительность регулятора. Благодаря использованию блока, состоящего из тарельчатых пружин с различной жесткостью возможно плавное сжатие блока как единого упругого элемента при длящемся приложении нагрузки. Это обеспечивает возможность тонкой подстройки выходного давления и высокую производительность регулятора в широком диапазоне выходных давлений. The use of these properties makes it possible that, in belleville springs, sufficiently large deformations do not cause a large change in load, such as for coil springs, where the dependence of the compression force on the size of the deformation is almost linear. When considering the graph of the dependence of the load for Belleville springs on deformation, there are areas where, at certain stages of the operation of Belleville springs, with increasing strain, the load remains almost constant. The magnitude of this section increases when using a set of sequentially installed disk springs with different stiffness. In this case, the selection of springs should be carried out in such a way that during the operation of the elastic element after the end of the constant load section with increasing strain for a set of softer springs, a similar process would begin for a set of stiffer springs sequentially installed behind them. Thus, with the correct selection of the characteristics of the set springs, it is possible to significantly expand the range of regulation of the outlet pressure and increase the accuracy of regulation. A slight change in the force on the spring in this case leads to a significant change in the deformation of the latter, significantly increasing the performance of the regulator. Thanks to the use of a block consisting of Belleville springs with different stiffness, it is possible to smoothly compress the block as a single elastic element with a continuous load. This provides the ability to fine-tune the output pressure and high performance regulator in a wide range of output pressures.

На фигуре 1 представлен продольный разрез регулятора давления.The figure 1 shows a longitudinal section of a pressure regulator.

На фигуре 2 представлены зависимости нагрузки от деформации для витых пружин (кривая 1) и для тарельчатых пружин с определенными параметрами (кривая 2). The figure 2 presents the dependence of the load on the deformation for coil springs (curve 1) and for Belleville springs with certain parameters (curve 2).

Регулятор давления содержит корпус 1 с разъемом для входящего газа 2, разъемом 3 для вывода газа, разъемом 4 для подключения прибора контроля, например, манометра или предохранительного клапана, клапан 5, седла 6 клапана 5 с уплотнительным элементом 7, пружиной 8 поджима 9 клапана 5, дренажное отверстие 10 в корпусе 1. В поджиме 8 пружины 9 клапана 5 выполнено отверстие 11 для прохода входящей среды. В седле 6 клапана 5 так же выполнено отверстие 12 для прохода газа в камеру 13 с поршнем 14. Клапан 5 в ходе работы взаимодействует с поршнем 14, установленным с уплотнительным кольцом 15. Поршень 14 поджат блоком тарельчатых пружин, содержащим набор пружин 16 с меньшей жесткостью и набор пружин 17 с большей жесткостью. Блок тарельчатых пружин установлен с упором в поджимной элемент 18, имеющий отверстие для свободного хождения штока поршня 14. В седле клапана 6 имеются отверстия 19 для прохода газа к разъемам 3 и 4.The pressure regulator includes a housing 1 with a connector for incoming gas 2, a connector 3 for gas outlet, a connector 4 for connecting a control device, for example, a pressure gauge or a safety valve, valve 5, valve seat 6 with sealing element 7, spring 8 of clamping 9 of valve 5 , a drainage hole 10 in the housing 1. In the preload 8 of the spring 9 of the valve 5, a hole 11 is made for the passage of the incoming medium. In the seat 6 of the valve 5, a hole 12 is also made for the gas to pass into the chamber 13 with the piston 14. The valve 5 interacts with the piston 14 installed with the o-ring 15. During the operation, the piston 14 is preloaded by the disk spring unit containing a set of springs 16 with lower stiffness and a set of springs 17 with greater rigidity. The Belleville spring unit is mounted with abutment in the clamping element 18 having an opening for free movement of the piston rod 14. In the valve seat 6 there are openings 19 for the passage of gas to the connectors 3 and 4.

Регулятор давления газа работает следующим образом.The gas pressure regulator operates as follows.

Подбирают тарельчатые пружины для набора 17 с большей жесткостью и тарельчатые пружины для набора 16 с меньшей жесткостью. Целесообразно применение тарельчатых пружин определенных характеристик, а именно с нелинейным характером роста деформации к прилагаемой нагрузке. Это характерно для тарельчатых пружин, у которых отношение толщины к максимальному прогибу больше 1,5 (Фиг.2). С помощью элемента 18 поджимают блок тарельчатых пружин к поверхности поршня 14 с усилием, необходимым для продавливания клапана 5 и работы регулятора с определенным выходным давлением, например, 2 атм. на разъемах 3 и 4. Подключают регулятор через разъем 2 к источнику входящего газа. Газ под давлением 20 – 60 атм. поступает через канал 11 в устройстве поджима 9 пружины 8 клапана 5 в корпус 1 регулятора. Если клапан 5 регулятора закрыт, упирается в уплотнительное кольцо 7 седла клапана 6 и усилие поджатия наборов 16 и 17 тарельчатых пружин превышает усилие от давления входящих газов на клапан 5, то происходит движение клапана 5 под воздействием поршня 14 и в регуляторе открывается канал прохождения газа между уплотнительным кольцом 7 и клапаном 5. Входящий газ поступает через канал 12 внутрь камеры 13 регулятора, и давит на поршень 14. В зависимости от усилия поджатия упругого элемента из набора тарельчатых пружин поршень либо отодвигается от клапана 5 и клапан 5 закрывает проход газа через регулятор или ограничивает его, если полного закрытия не происходит. Выходное давление достигает требуемого значения и поддерживается далее в автоматическом режиме. Pick-up springs for a set of 17 with greater rigidity and cup springs for a set of 16 with less stiffness. It is advisable to use Belleville springs of certain characteristics, namely with a non-linear character of strain growth to the applied load. This is characteristic of cup springs, in which the ratio of thickness to maximum deflection is greater than 1.5 (Figure 2). With the help of element 18, the disk spring unit is pressed against the surface of the piston 14 with the force necessary to force the valve 5 and operate the regulator with a certain output pressure, for example, 2 atm. on connectors 3 and 4. Connect the regulator through connector 2 to the source of incoming gas. Gas under pressure 20 - 60 atm. enters through channel 11 in the preload device 9 of the spring 8 of the valve 5 into the housing 1 of the controller. If the valve 5 of the regulator is closed, rests against the sealing ring 7 of the seat of the valve 6 and the preload force of the sets 16 and 17 of the Belleville springs exceeds the force from the pressure of the incoming gases to the valve 5, then the valve 5 moves under the influence of the piston 14 and the gas passage between the O-ring 7 and valve 5. Inlet gas enters through the channel 12 into the chamber 13 of the regulator and presses on the piston 14. Depending on the force of pressing the elastic element from the set of Belleville springs, the piston either moves away from the valve ana 5 and the valve 5 closes the passage of gas through the regulator or limits, if not complete closure occurs. The outlet pressure reaches the desired value and is further maintained in automatic mode.

Изменяя усилие поджатия наборов тарельчатых пружин 16 и 17 винтом 18 устанавливают требуемое выходное давление регулятора в большом диапазоне значений – от 2 до 10 атм. Для данных диапазонов значений входного и выходного давлений регулятора можно использовать тарельчатые пружины, изготовленные из стали рессорно-пружинной углеродистой и легированной 50ХФА, или аналог CK 67/51CrV4, толщиной 0,6 и 0,8 мм с прогибом 0,4 мм. Это оптимальное соотношение, но возможны и другие варианты. Различная толщина пружин обеспечивает их различную жесткость. Данный подбор пружин, и правильная настройка усилия их поджатия обеспечивают высокую пропускную способность регулятора во всем диапазоне значений выходного давления. Благодаря установке наборов 16 и 17 тарельчатых пружин обеспечивается высокая точность работы регулятора, так как незначительные деформации линейных размеров наборов пружин слабо влияют на силу, с которой упругий элемент в виде блока пружин действует на поршень 14.Changing the preload force of the disc spring sets 16 and 17 with the screw 18, the required output pressure of the regulator is set in a large range of values - from 2 to 10 atm. For these ranges of input and output pressure values of the regulator, you can use Belleville springs made of spring-spring carbon steel and alloyed 50KhFA, or an analogue of CK 67 / 51CrV4, 0.6 and 0.8 mm thick with a deflection of 0.4 mm. This is the optimal ratio, but other options are possible. Different thicknesses of springs provide their different stiffness. This selection of springs, and the correct setting of the force of their compression provide a high throughput of the regulator in the entire range of output pressure values. Thanks to the installation of the disk spring sets 16 and 17, the regulator is highly accurate, since minor deformations of the linear dimensions of the spring sets have little effect on the force with which the elastic element acts as a spring block on the piston 14.

Таким образом, полезная модель позволяет обеспечить точную настройку значений выходного давления в широком диапазоне при высокой пропускной способности. Thus, the utility model allows for precise adjustment of the outlet pressure values over a wide range with high throughput.

Claims

A gas pressure regulator comprising a housing with inlet and outlet openings, a valve and a piston interacting with a disk spring unit pressed by a compression threaded element, characterized in that the disk spring unit consists of disk spring sets with different stiffness.