RU2121703C1 - Pressure regulator - Google Patents
Pressure regulator Download PDFInfo
- Publication number
- RU2121703C1 RU2121703C1 RU97101706A RU97101706A RU2121703C1 RU 2121703 C1 RU2121703 C1 RU 2121703C1 RU 97101706 A RU97101706 A RU 97101706A RU 97101706 A RU97101706 A RU 97101706A RU 2121703 C1 RU2121703 C1 RU 2121703C1
- Authority
- RU
- Russia
- Prior art keywords
- cavity
- spring
- housing
- pressure
- regulator
- Prior art date
Links
Landscapes
- Control Of Fluid Pressure (AREA)
Abstract
Description
Изобретение относится к технике автоматического регулирования и может быть использовано в системах водоснабжения, снабжения сжатым воздухом на предприятиях, газоснабжения и других. The invention relates to techniques for automatic regulation and can be used in water supply systems, compressed air supply in enterprises, gas supply and others.
Известен регулятор, содержащий корпус с входной и выходной полостями, регулирующий орган, включающий седло и запорный элемент, связанный с подпружиненным чувствительным элементом, образующий с корпусом полость управления, сообщенную с выходной полостью, задающую полость с расположенной в ней пружиной чувствительного элемента (патент N 2047214, МПК G 05 D 16/06, Бюллетень N 30, 1995 г.)
Недостатками этой конструкции являются ее усложнение и увеличение габаритов за счет введения компенсирующих пружин с двуплечим рычагом, используемых для повышения точности поддержания выходного давления в широком диапазоне изменения расхода при постоянном входном давлении и применения чувствительного элемента в виде мембран, которая снижает надежность регулятора.Known regulator containing a housing with input and output cavities, a regulating body including a saddle and a locking element associated with a spring-loaded sensing element, forming a control cavity communicating with the output cavity, communicating with the output cavity, defining a cavity with a sensing element spring located therein (patent N 2047214 IPC G 05 D 16/06, Bulletin No. 30, 1995)
The disadvantages of this design are its complexity and increase in size due to the introduction of compensating springs with a two-arm lever, which are used to increase the accuracy of maintaining the outlet pressure in a wide range of flow rates at constant inlet pressure and using a sensitive element in the form of membranes, which reduces the reliability of the regulator.
Кроме того, точность регулирования снижают нелинейные связи компенсирующих пружин с запорным элементом и пружиной задания, обусловленные изменением расстояния от оси вращения рычага до плоскости осей компенсирующих пружин и изменения угла действия силы компенсирующих пружин на чувствительный элемент. In addition, the non-linear connections of the compensating springs with the locking element and the task spring reduce the accuracy of regulation, due to a change in the distance from the axis of rotation of the lever to the plane of the axes of the compensating springs and changes in the angle of action of the force of the compensating springs on the sensing element.
Также при случайных повышениях входного давления из-за нарушения связи между рычагом и чувствительным элементом, вызванной несогласованным изменением сил, действующих на запорный элемент от входного и чувствительный от выходного давлений, в регуляторе могут возникать автоколебания. Also, in case of accidental increases in the inlet pressure due to a violation of the connection between the lever and the sensing element caused by an inconsistent change in the forces acting on the shut-off element from the inlet and sensitive to the outlet pressure, self-oscillations can occur in the regulator.
Указанные недостатки отсутствуют в регуляторе давления, являющимся наиболее близким по технической сущности к предлагаемому решению (з. N 95111995, МПК G 05 D 16/06, Бюллетень, N 9, 1996 г.)
Регулятор содержит корпус с входной и выходной полостями, между которыми расположен регулирующий орган, выполненный в виде седла с перфорированной стенкой в выходной полости и запорного элемента, расположенного со стороны входной полости, чувствительный элемент, выполненный в виде стакана, расположенного с пружиной в задающей полости, связанного через шток с запорным элементом и подпружиненного пружиной относительно крышки, образующей с корпусом резьбовую пару, полость управления, соединенную с выходной полостью и герметично разделенную от задающей полости.These shortcomings are absent in the pressure regulator, which is closest in technical essence to the proposed solution (z. N 95111995, IPC G 05 D 16/06, Bulletin, N 9, 1996)
The regulator comprises a housing with an inlet and outlet cavities, between which there is a regulating body made in the form of a saddle with a perforated wall in the outlet cavity and a locking element located on the inlet cavity side, a sensing element made in the form of a cup located with a spring in the driving cavity, connected through a rod with a locking element and spring-loaded with a spring relative to the cover, forming a threaded pair with the housing, a control cavity connected to the output cavity and hermetically divided hydrochloric by defining cavity.
Недостатком этого регулятора является то, что, имея на номинальном расходе в широком диапазоне изменения входного давления высокую точность, последняя снижается при изменении расхода в широком диапазоне при постоянном входном давлении. The disadvantage of this regulator is that, having a high accuracy at a nominal flow rate in a wide range of inlet pressure variations, the latter decreases when the flow rate changes in a wide range at a constant inlet pressure.
Целью изобретения является повышение точности поддержания выходного давления в широком диапазоне изменения расхода и расширение функциональных возможностей. The aim of the invention is to improve the accuracy of maintaining the outlet pressure in a wide range of flow rates and the expansion of functionality.
Для достижения этой цели в известном регуляторе давления, содержащем корпус с входной и выходной полостями, между которыми расположен регулирующий орган, выполненный в виде седла с перфорированной стенкой в выходной полости и запорного элемента, расположенного со стороны входной полости, чувствительный элемент, выполненный в виде стакана, расположенного с пружиной в задающей полости, связанного через шток с запорным элементом и подпружиненного пружиной относительно крышки, образующей с корпусом резьбовую пару, полость управления, соединенную с выходной полостью и герметично разделенную от задающей полости, согласно изобретению между запорным элементом и штоком введен компенсатор жесткости упругих элементов, который выполнен как целое с запорным элементом и/или со штоком в виде усеченного тела вращения, образующая которого выполнена по определенной линии. To achieve this, in a known pressure regulator comprising a housing with an inlet and an outlet cavity, between which a regulating body is arranged, made in the form of a saddle with a perforated wall in the outlet cavity and a locking element located on the inlet cavity side, a sensing element made in the form of a glass located with a spring in the driver cavity, connected through the rod to the locking element and spring-loaded relative to the cover, forming a threaded pair with the housing, control cavity, soy Inonii with the outlet cavity and sealingly divided by defining a cavity according to the invention between the locking element and the rod compensator introduced stiffening elastic members which is formed as a unit with the locking member and / or to the rod of the truncated body of revolution, the generatrix of which is formed on a certain line.
Кроме того, введена тяга, образующая с крышкой резьбовую пару, с возможностью обеспечения связи посредством втулки с концом пружины со стороны чувствительного элемента, полости управления и задающая герметично разделены мембраной, закрепленной периферийной частью в корпусе, а центральной частью на чувствительном элементе, полости управления и выходная соединены каналами, выполненными в корпусе, усеченное тело вращения может быть выполнено в виде усеченного параболоида вращения, образующая которого может быть аппроксимирована отрезком прямой. In addition, a thrust was introduced, which forms a threaded pair with a cover, with the possibility of communication via a sleeve with the end of the spring from the side of the sensing element, the control cavity and the driver being hermetically separated by a membrane fixed to the peripheral part in the housing, and the central part on the sensitive element, control cavity and the output is connected by channels made in the housing, the truncated body of revolution can be made in the form of a truncated paraboloid of revolution, the generatrix of which can be approximated by a segment m straight.
Введение компенсатора жесткости упругих элементов в виде усеченного тела вращения, переменные составляющие площадей сечений которого связаны определенной зависимостью через рабочий ход, разность входного и выходного давлений с суммарной жесткостью упругих элементов, влияющих на точность регулирования, позволяет повысить точность поддержания давления на выходе в широком диапазоне изменения расхода и реализовать заданную зависимость изменения выходного давления от расхода и/или входного давления за счет компенсации или корректировки переменной составляющей силы упругих элементов, обусловленной их жесткостью переменной силой от воздействия постоянной или переменной разности входного и выходного давлений на расположенную в сечении седла переменную составляющую эффективную площадь сечения компенсатора жесткости, образующая которого выполнена по определенной методом аналитической геометрии или аппроксимированной линии. The introduction of a stiffener of elastic elements in the form of a truncated body of revolution, the variable components of the cross-sectional areas of which are connected by a certain dependence through the stroke, the difference between the input and output pressures with the total stiffness of the elastic elements affecting the accuracy of regulation, allows to increase the accuracy of maintaining the outlet pressure in a wide range of changes flow rate and realize the given dependence of the change in the outlet pressure on the flow rate and / or inlet pressure due to compensation or adjustments the variable component of the force of elastic elements due to their stiffness by a variable force from the influence of a constant or variable difference of the input and output pressures on the variable component located in the saddle section, the effective sectional area of the stiffener, the generatrix of which is made according to a certain method of analytical geometry or an approximated line.
Обеспечение возможности связи конца пружины со стороны чувствительного элемента посредством втулки с тягой, образующей с крышкой резьбовую пару, позволяет сохранить в регуляторе функции запорного вентиля без нарушения его настройки. Allowing the spring end to be connected by means of a sleeve with a rod forming a threaded pair with a cover allows the function of the shut-off valve to be stored in the regulator without disturbing its setting.
Вариант герметичного разделения полостей управления и задающий мембраной приведен как один из оптимальных для обеспечения низкого трения чувствительного элемента. The hermetic separation of the control cavities and the master membrane is given as one of the optimal for providing low friction of the sensing element.
Соединение полостей управления и выходной каналами, выполненными в корпусе, исключает влияние разборок и сборок регулятора на точность, обусловленное возможностью изменения положения каналов после сборки. The connection of the control cavities and the output channels made in the housing eliminates the influence of disassembly and assembly of the controller on the accuracy due to the possibility of changing the position of the channels after assembly.
Выполнение компенсатора жесткости в виде усеченного параболоида вращения позволяет получить постоянное давление на выходе с особо высокой точностью во всем диапазоне изменения расхода за счет полной компенсации переменной составляющей силы упругих элементов. The implementation of the stiffener in the form of a truncated paraboloid of rotation allows you to get a constant pressure at the outlet with particularly high accuracy in the entire range of flow rates due to full compensation of the variable component of the force of the elastic elements.
Аппроксимация образующей усеченного параболоида вращения отрезком прямой осуществлена с целью повышения технологичности компенсатора жесткости в случае обеспечения заданный требований к точности. The approximation of the generatrix of the truncated paraboloid of rotation by a straight line segment is carried out in order to increase the adaptability of the stiffener in the case of ensuring the specified accuracy requirements.
На чертеже показан пример выполнения регулятора давления. The drawing shows an example implementation of the pressure regulator.
Регулятор давления содержит корпус 1 с входной полостью 2 и выходной 3, соединенной каналами 4 с полостью управления 5, герметично разделенную от соединенной с атмосферой задающей полости 6 мембранной 7, которая периферийной частью закреплена в корпусе 1, а центральной частью на расположенном в задающей полости 6 чувствительном элементе 8, выполненным в виде стакана и подпружиненным пружиной 9 относительно крышки 10, образующей с корпусом 1 резьбовую пару, регулирующий орган, выполненный в виде седла 11 с перфорированной стенкой в выходной полости 3 и запорного элемента 12, расположенного со стороны входной полости 2 и связанного штоком 13 с чувствительным элементом 8. The pressure regulator comprises a housing 1 with an inlet cavity 2 and an outlet 3 connected by channels 4 to the control cavity 5, hermetically separated from the driving cavity 6 connected to the atmosphere by a membrane 7, which is peripherally mounted in the housing 1, and the central part is located in the driving cavity 6 a sensing element 8, made in the form of a glass and spring-loaded with a spring 9 relative to the cover 10, forming a threaded pair with the housing 1, a regulatory body made in the form of a saddle 11 with a perforated wall in the output strips ty 3 and a locking element 12 located on the side of the input cavity 2 and connected by the rod 13 with the sensing element 8.
Кроме этого, регулятор содержит компенсатор жесткости 14 пружины 9 и мембраны 7, который расположен между запорным элементом 12 и штоком 13, выполнен как целое с запорным элементом 12 в виде усеченного параболоида вращения, образующая 15 которого аппроксимирована отрезком прямой. In addition, the controller contains a stiffener 14 of the spring 9 and the membrane 7, which is located between the locking element 12 and the stem 13, made integrally with the locking element 12 in the form of a truncated paraboloid of revolution, the generatrix 15 of which is approximated by a straight line segment.
Через втулку 16 обеспечивается возможность связи конца пружины 9 со стороны чувствительного элемента 8 с тягой 17, образующей с крышкой резьбовую пару. Through the sleeve 16, it is possible to connect the end of the spring 9 from the side of the sensing element 8 with a rod 17, forming a threaded pair with the cover.
Регулятор давления работает следующим образом. The pressure regulator operates as follows.
Для регулятора характерны два основных режима работы - динамический и статический. The controller is characterized by two main operating modes - dynamic and static.
В динамическом режиме выходное давление автоматически поддерживается постоянным при заданном входном давлении в широком диапазоне изменения расхода путем уравновешивания силы пружины 9 (для упрощения здесь и далее параметры мембраны 7 учетным в пружине 9) с одной стороны и с другой - сил от воздействия выходного давления на результирующую эффективную площадь чувствительного элемента 8 и компенсатора жесткости 14 и входного давления на эффективную площадь запорного элемента 12, равную площади сечения компенсатора жесткости 14, находящегося в сечении седла 11. In dynamic mode, the outlet pressure is automatically maintained constant at a given inlet pressure over a wide range of flow rates by balancing the force of the spring 9 (to simplify here and below the parameters of the membrane 7 by the registration in the spring 9) on the one hand and, on the other hand, the forces from the effect of the outlet pressure on the resulting the effective area of the sensing element 8 and the stiffener 14 and the inlet pressure to the effective area of the locking element 12 equal to the cross-sectional area of the stiffener 14 located It seats 11 in cross section.
Математически с учетом преобразований с целью выделения постоянных, обуславливающих величину поддерживаемого давления на выходе, и переменных, влияющих на точность поддержания давления на выходе, составляющих сил это можно записать выражением:
Fo + Zh = PвыхSr + Pвх • Sko + (Pвх - Pвых) • (Sк - Sko) (1)
где
Fo - сила сжатия пружины на номинальном расходе (постоянная составляющая сила пружины);
Z - жесткость пружины;
n - рабочий ход пружины;
Zh - переменная составляющая сила пружины;
Pвых - выходное давление;
Sr - эффективная площадь чувствительного элемента;
Pвх - выходное давление;
Sko - эффективная площадь сечения компенсатора жесткости на номинальном расходе (постоянная составляющая площадь сечения компенсатора жесткости);
Sк - площадь сечений компенсатора жесткости;
(Sk-Sko) - переменная составляющая площадь сечений компенсатора жесткости.Mathematically, taking into account transformations in order to distinguish constants that determine the value of the supported pressure at the outlet, and variables that affect the accuracy of maintaining the pressure at the outlet, the components of the forces, this can be written by the expression:
F o + Zh = P out S r + P in • S ko + (P in - P out ) • (S to - S ko ) (1)
Where
F o - compression force of the spring at the nominal flow rate (constant component of the spring force);
Z is the stiffness of the spring;
n is the stroke of the spring;
Zh is the variable component spring force;
P o - output pressure;
S r is the effective area of the sensing element;
P in - output pressure;
S ko is the effective cross-sectional area of the stiffener at the nominal flow rate (constant component of the cross-sectional area of the stiffener);
S to - the cross-sectional area of the stiffener;
(S k -S ko ) is a variable component of the cross-sectional area of the stiffener.
Одинаковые знаки перед силами в правой части выражения (1) свидетельствуют о совпадении направления действий этих сил, что характеризует высокую устойчивость работы регулятора. The identical signs in front of the forces on the right side of expression (1) indicate the coincidence of the direction of action of these forces, which characterizes the high stability of the controller.
Достаточным условием поддерживания на выходе постоянного давления в широком диапазоне изменения расхода являются равенства постоянных и переменных составляющих сил в левой и правой частях выражения (1)
Fo = PвыхSr + PвхSko; (2)
Zh = (Pвх - Pвых) (Sk - Sko). (3)
Из (2) поддерживаемое давление на выходе равно:
Pвых = Fo - RвхSko / Sr = const
Учитывая, что
Sк=nR2,
где
R - радиус сечений компенсатора жесткости, выражение (3) можно преобразовать в следующее:
R2 = Z/П(Rвх-Pвыхh + Sko/П
Это выражение идентично уравнению параболы, одна из частей ветви которой является образующей 15 усеченного параболоида компенсатора жесткости 14, причем в пределах полного рабочего хода пружины 9 площадь сечений усеченного параболоида вращения изменяется от Sko на номинальном расходе до площади сечения седла 11, соответствующего моменту закрытия регулирующего органа запорным элементом 12.A sufficient condition for maintaining constant pressure at the outlet over a wide range of flow rates is the equality of the constant and variable component forces in the left and right sides of the expression (1)
F o = P out S r + P in S ko ; (2)
Zh = (P in - P out ) (S k - S ko ). (3)
From (2), the supported outlet pressure is equal to:
P O = F o - R Bx S ko / S r = const
Given that
S to = nR 2 ,
Where
R is the radius of the cross sections of the stiffener, expression (3) can be converted into the following:
R 2 = Z / P (R in - P out h + S ko / P
This expression is identical to the parabola equation, one of the parts of the branch of which is the generatrix 15 of the truncated paraboloid of the stiffener 14, and within the full working stroke of the spring 9, the cross-sectional area of the truncated rotation paraboloid varies from S ko at the nominal flow rate to the cross-sectional area of the saddle 11, corresponding to the closing moment of the regulating body locking element 12.
С целью повышения технологичности компенсатора жесткости 14 в случае обеспечения заданных требований к точности образующая 15 усеченного параболоида вращения аппроксимируется отрезком прямой. In order to increase the adaptability of the stiffener 14 in the case of ensuring the specified accuracy requirements, the generatrix 15 of the truncated rotation paraboloid is approximated by a straight line segment.
При закрытии сети после регулятора из-за возможного неполного гашения динамического давления P2 потока за счет увеличения объема полости управления 5 (например, в случае резкого закрытия сети) давления на выходе после закрытия устанавливается в пределах
Fo - RвхSko/Sr ≤ Pвых < Fo - PвхSko/Sr + Pд
Надежность открытия регулирующего органа при переходе из статического режима в динамический обеспечивается выбором характеристики пружины 9 из условия
Fo > PвхSko.When closing the network after the regulator due to the possible incomplete damping of the dynamic pressure P 2 of the flow by increasing the volume of the control cavity 5 (for example, in the case of a sharp closing of the network), the outlet pressure after closing is set within
F o - R in S ko / S r ≤ P out <F o - P in S ko / S r + P d
The reliability of the opening of the regulatory body during the transition from static to dynamic mode is ensured by the selection of the characteristics of the spring 9 from
F o > P in S ko .
В экстремальных случаях регулятор может быть переведен в состояние закрытого регулирующего органа путем снятия давления пружины 9 на чувствительный элемент 8 с помощью тяги 17. При этом под действием входного и выходного давлений соответственно на запорный 12 и чувствительный 8 элементы регулирующий орган закрывается и остается в закрытом состоянии после полного падения давления на выходе до нуля за счет воздействия входного давления на максимальную эффективную площадь запорного элемента 12, равную площади сечения седла 11. При возврате пружины в первоначальное положение регулятор переходит в один из основных режимов работы с первоначальной настройкой. In extreme cases, the regulator can be brought into a state of a closed regulator by relieving the pressure of the spring 9 on the sensing element 8 using the rod 17. In this case, under the influence of the input and output pressures, respectively, on the shut-off 12 and sensitive 8 elements, the regulator closes and remains closed after a complete drop in the outlet pressure to zero due to the influence of the inlet pressure on the maximum effective area of the locking element 12, equal to the sectional area of the saddle 11. When returning dinner in the initial position, the regulator goes into one of the main modes of operation with the initial setting.
Настройка регулятора на заданное давление производится на любом или номинальном (для аппроксимированной образующей 15) расходе с помощью крышки 10, путем создания определенной силы, воздействующей на чувствительный элемент 8 со стороны пружины 9. The regulator is set to a predetermined pressure at any or nominal (for the approximated generator 15) flow rate using the cover 10, by creating a certain force acting on the sensing element 8 from the side of the spring 9.
Предлагаемая конструкция наряду с распространенными регуляторами, предназначенными для стабилизации выходного давления, позволяет реализовать с высокой точностью заданную зависимость изменения выходного давления от расхода и/или входного давления за счет корректировки переменной составляющей силы пружины 9 переменной силой от воздействия переменной разности входного и выходного давлений на переменную составляющую площадь сечения компенсатора жесткости 14, образующая 15 которого выполнена по определенной в соответствии с заданной зависимостью линии. The proposed design, along with common regulators designed to stabilize the output pressure, makes it possible to realize with high accuracy the predetermined dependence of the change in the output pressure on the flow rate and / or inlet pressure by adjusting the variable component of the spring force 9 with a variable force on the effect of the variable input and output pressure difference on the variable component cross-sectional area of the stiffener 14, the generatrix 15 of which is made in accordance with a predetermined The dependence line.
Claims (4)
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| RU97101706A RU2121703C1 (en) | 1997-02-06 | 1997-02-06 | Pressure regulator |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| RU97101706A RU2121703C1 (en) | 1997-02-06 | 1997-02-06 | Pressure regulator |
Publications (2)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| RU2121703C1 true RU2121703C1 (en) | 1998-11-10 |
| RU97101706A RU97101706A (en) | 1999-01-20 |
Family
ID=20189637
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| RU97101706A RU2121703C1 (en) | 1997-02-06 | 1997-02-06 | Pressure regulator |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| RU (1) | RU2121703C1 (en) |
-
1997
- 1997-02-06 RU RU97101706A patent/RU2121703C1/en not_active IP Right Cessation
Similar Documents
| Publication | Publication Date | Title |
|---|---|---|
| US3402566A (en) | Regulating valve for refrigeration systems | |
| US3709242A (en) | Pressure regulator | |
| US5174326A (en) | Temperature-compensated pressure regulator | |
| ATE360748T1 (en) | PROPORTIONAL BYPASS VALVE FOR A FUEL CONTROL SYSTEM | |
| US4805658A (en) | Variable pressure regulating valve | |
| US3413997A (en) | Pneumatic relay | |
| RU2121703C1 (en) | Pressure regulator | |
| US5174339A (en) | Fluid flow control valve | |
| US5542417A (en) | Pressure regulating unit for supplying a pressurized fluid from alternative supply lines | |
| US5042782A (en) | Fluid spring | |
| US4253484A (en) | Valve operator | |
| EP0034932B1 (en) | Pilot valve for a main safety valve | |
| RU2117980C1 (en) | Pressure regulator | |
| RU2035058C1 (en) | Gas pressure regulator | |
| SU1532904A1 (en) | Absolute pressure regulator | |
| SU1070522A1 (en) | Pressure regulator | |
| US2786481A (en) | Pressure differential responsive devices | |
| RU2121704C1 (en) | Pressure regulator | |
| RU2096819C1 (en) | Pressure regulator | |
| RU2078370C1 (en) | Amplifier for indirect-action pressure regulator | |
| RU2062505C1 (en) | Gas pressure regulator | |
| RU2022322C1 (en) | Pressure relief pneumatic valve | |
| SU1451658A1 (en) | Pressure-reducing valve | |
| SU1742792A1 (en) | Gas flow rate regulator | |
| RU2074413C1 (en) | Integrating pneumatic amplifier |
Legal Events
| Date | Code | Title | Description |
|---|---|---|---|
| MM4A | The patent is invalid due to non-payment of fees |
Effective date: 20100207 |