RU220441U1 - Устройство для получения двухкомпонентных газовых смесей - Google Patents

Abstract

Устройство для получения двухкомпонентных газовых смесей содержит расположенные в одном корпусе и соединенные системой каналов механизмы редуцирования давления газов, устройство выравнивания давления газов, регулятор соотношения газов в газовой смеси и регулятор расхода газовой смеси. Устройство выравнивания давления газов включает три полости, разделенные двумя герметичными упругими элементами и взаимодействующие с ними редуцирующие клапаны, обеспечивающие поступление газа в соответствующую несмежную полость устройства выравнивания давления газов из соответствующей полости низкого давления механизма редуцирования. Центральная задающая полость устройства выравнивания давления газов, смежная с двумя другими полостями устройства выравнивания давления газов, давление в которой задает давление газов на выходе из устройства выравнивания давления газов, соединена с полостью низкого давления механизма редуцирования давления задающего газа. 9 з.п. ф-лы, 3 ил.

Description

Полезная модель относится к газовому оборудованию, а именно к устройствам для получения газовых смесей. Полезная модель может быть использована для получения газовых смесей, используемых в машиностроении, медицине и других областях промышленности.

Известно устройство для получения двухкомпонентной газовой смеси (см. патент US 5544674 A от 14.07.1995), включающее две камеры, соединенные с источниками газов и соединенную с ними третью камеру, в которой происходит смешивание газов. Поступление газов из первой и второй камеры в камеру смешивания регулируется кулачково-клапанной системой со сложной геометрией поверхности клапанов и кулачков. Таким образом, это устройство является механически сложным, кроме того в устройстве не предусмотрены механизмы снижения и выравнивания давления входящих газов, что может привести к нестабильной работе устройства при колебаниях входных давлений.

Известно устройство для получения двухкомпонентной газовой смеси (см. патент DE 3326696 A1 от 07.12.1982), которое содержит встроенные регуляторы давления газов, совмещенные со смешивающим газовые компоненты механизмом, включающее герметичные упругие элементы, между которыми находится клапан, обеспечивающий регулирование поступления газов в центральную полость смешивания газов за счет наличия на его центральной части двух конусных поверхностей. Совмещение нескольких функциональных узлов требует повышенной точности изготовления, что сказывается на итоговой себестоимости устройства, а также на повышении стоимости его обслуживания.

Наиболее близким техническим решением является известное устройство для получения двухкомпонентной газовой смеси описанное в патенте US 3727627, опубл. 17.04.1973, содержащее устройство выравнивания давления газов в виде двухступенчатой системы, клапаны, регулирующие потоки газов, устройство смешивания газов с ручной регулировкой и систему каналов соединяющие перечисленные элементы.

Основными недостатками известного устройства являются:

отсутствие в конструкции механизмов редуцирования давления входящих газов, что потребует применения газовых редукторов в качестве отдельных внешних устройств, а также их настройки;

отсутствие возможности регулировки давления газовой смеси на выходе из устройства;

отсутствие возможности регулировки расхода газа на выходе из устройства.

Задачами, решаемыми полезной моделью, являются создание компактного универсального устройства для смешивания двух различных газов с повышенной точностью поддержания давления газовой смеси на выходе, лишенного недостатков известных решений, а также повышение безопасности эксплуатации устройства.

Поставленная задача решается созданием устройства для получения двухкомпонентных газовых смесей, которое содержит расположенные в одном корпусе механизмы редуцирования давления газов, устройство выравнивания давления газов, регулятор, обеспечивающий заданное соотношение газов в газовой смеси и регулятор расхода газа, в котором устройство выравнивания давления газов включает три полости, разделенные двумя герметичными упругими элементами, каждый из которых взаимодействует с клапаном, обеспечивающим поступление газа в соответствующую несмежную полость устройства выравнивания давления газов из соответствующей полости низкого давления механизма редуцирования, при этом центральная задающая полость устройства выравнивания давления газов, смежная с двумя другими полостями устройства выравнивания давления газов, давление в которой задает давление газов на выходе из устройства выравнивания давления газов, соединена с полостью низкого давления механизма редуцирования давления задающего газа.

Устройство для получения двухкомпонентных газовых смесей, содержащее мембраны с толщину от 0,1 до 0,01 мм.

Устройство для получения двухкомпонентных газовых смесей, содержащее редуцирующие клапаны, установленные по оппозитной схеме.

Устройство для получения двухкомпонентных газовых смесей, в корпусе которого выполнены полости для камер высокого и низкого давления механизмов редуцирования давления газов.

Устройство для получения двухкомпонентных газовых смесей, в корпусе которого выполнены полости для устройства выравнивания давления газов, регулятора заданного соотношение газов в газовой смеси и регулятора расхода газа.

Устройство для получения двухкомпонентных газовых смесей, в котором оси каналов, соединяющие полости низкого давления механизмов редуцирования газов и несмежные полости устройства выравнивания давления газов, выполнены в одной плоскости.

Устройство для получения двухкомпонентных газовых смесей, содержащее предохранительные клапаны.

Устройство для получения двухкомпонентных газовых смесей, содержащее, по меньшей мере, один индикатор давления газов.

Устройство для получения двухкомпонентных газовых смесей, в котором корпус состоит из нескольких частей.

Устройство для получения двухкомпонентных газовых смесей, содержащее фильтрующие элементы на входе.

Суть полезной модели раскрыта на фигурах и в описании.

Фиг. 1 - схема устройства для получения двухкомпонентных газовых смесей.

Фиг. 2 - устройство для получения двухкомпонентных газовых смесей в вертикальном разрезе.

Фиг. 3 - устройство для получения двухкомпонентных газовых смесей в горизонтальном разрезе.

На фиг. 1 показана принципиальная схема устройства для получения двухкомпонентных газовых смесей, которое включает корпус 1, механизм редуцирования давления основного газа 2, механизм редуцирования давления задающего газа 3, устройство выравнивания давления газов 4, регулятор, обеспечивающий заданное соотношение газов в газовой смеси 5, регулятор расхода газа 6. Механизм редуцирования давления основного газа 2 и механизм редуцирования давления задающего газа 3 работают по принципу стандартного газового редуктора, снижающего входное давление до заданного значения и поддержании его на выходе из редуктора. Механизм редуцирования давления основного газа 2 содержит камеру высокого давления 7 и камеру низкого давления 8, при этом полости камеры 7 и камеры 8 сформированы в корпусе 1. Аналогично механизм редуцирования давления задающего газа 3 содержит камеру высокого давления 9 и камеру низкого давления 10, при этом полости камеры 9 и камеры 10 также сформированы в корпусе 1. Устройство выравнивания давления газов 4 содержит три рабочие полости, разделенные двумя герметичными упругими элементами, например, эластичными мембранами. Первая полость 11 сформирована в корпусе 1 и ограничена снизу герметичной мембраной 12, вторая полость 13 также сформирована в корпусе 1 и ограничена сверху герметичной мембраной 14. Полость задающего давления 15 ограничена мембраной 12 и мембраной 14, расположена между первой полостью 11 и второй полостью 13, для которых полость задающего давления 15 является смежной, а соответственно первая полость 11 и вторая полость 13 не являются смежными между собой. Камера низкого давления 8 и полость 11 соединены каналом 16, в котором расположен редуцирующий клапан 17, взаимодействующий через шток с мембраной 12. Камера низкого давления 10 и полость 13 соединены каналом 18, в котором расположен редуцирующий клапан 19, взаимодействующий через шток с мембраной 14. Полость 11 с помощью канала 20 и полость 13 с помощью канала 21 соединены с полостью 22 регулятора соотношения газов в газовой смеси 5, который содержит пропорциональный клапан 23. Полость 22 регулятора соотношения газов в газовой смеси 5, с помощью канала 24 соединена с полостью 25 регулятора расхода газа 6, который содержит клапан 26.

На фиг. 2 показан вертикальный разрез приоритетного варианта исполнения устройства для получения двухкомпонентных газовых смесей. Корпус 1, для повышения технологичности изготовления устройства, составлен из трех корпусных частей: верхняя часть 27, центральная часть 28 и нижняя часть 29, скрепленных болтами 30. В корпусной части 27 сформированы камера высокого давления 7 и камера низкого давления 8 механизма редуцирования основного газа 2, а также камера высокого давления 9 и камера низкого давления 10 механизма редуцирования давления задающего газа 3, полость 11 устройства выравнивания давления газа 4, канал 16, в котором размещен клапан 17 и канал 18. Для упрощения технологического процесса производства корпуса 1 оси канала 16 и канала 18 сформированы в одной плоскости корпусной части 27. В корпусной части 28 сформирована полость задающего давления 15, разделенная на две части, которые соединены каналом (не показан). В корпусной части 29 сформирована полость 13 устройства выравнивания давления 4 и находится клапан задающего газа 19. Редуцирующий клапан 17 и редуцирующий клапан 19 расположены по оппозитной схеме, то есть, друг напротив друга, такая компоновка позволяет повысить точность работы устройства выравнивания давлений газов 4, а также более компактно расположить все узлы устройства внутри корпуса 1. Также устройство для получения двухкомпонентных газовых смесей может содержать предохранительные клапаны 31, предназначенные для защиты от разрыва мембран механизмов редуцирования газов, в случае неисправной работы клапанных узлов механизмов редуцирования давления газов. Средства индикации 32, например, манометры позволяют контролировать давление газа на входе в механизмы редуцирования давления газов.

На фиг.3 показан горизонтальный разрез приоритетного варианта исполнения устройства для получения двухкомпонентных газовых смесей по корпусной части 27. Регулятор, обеспечивающий заданное соотношение газов в газовой смеси 5, включает полость смешивания газов 22, пропорциональный клапан 23 и регулировочную ручку 33. Клапан 23 с обеих сторон имеет конусную поверхность, позволяющую изменять объем каждого из смешиваемых газов, поступающих в полость 22. Конусная поверхность 34 клапана 23 регулирует объем основного газа, поступающего в полость 22 по каналу 20, а конусная поверхность 35 клапана 23 регулирует объем задающего газа, поступающего в полость 22 по каналу 21. Регулятор расхода газа 6 включает полость 25, клапан 26 и регулировочную ручку 36. Клапан 26 имеет конусную поверхность 37, позволяющую регулировать расход газовой смеси, поступающей из полости 22, с помощью канала 24 в полость 25.

Устройство для получения двухкомпонентных газовых смесей может быть использовано для получения газовой смеси углекислый газ/аргон (СО₂/Ar), применяемой в электросварочных работах и функционирует следующим образом. Источники сжатого газа напрямую присоединяются к соответствующим механизмам редуцирования давления газов устройства для получения двухкомпонентных газовых смесей. В качестве источника основного газа может быть выбрать газовый баллон со сжатым аргоном с давлением Р1=150 атм., а в качестве источника задающего газа может быть выбран газовый баллон со сжатым углекислым газом с давлением Р2=70 атм. На механизмах редуцирования давления газов с помощью регулировочных винтов выставляется необходимое давление, причем давление основного газа выставляется больше давления задающего газа минимум на одну атмосферу. Основной газ (Ar) из баллона поступает в камеру высокого давления 7 механизма редуцирования давления основного газа 2 проходит редуцирующий узел, снижает давление до заданных 4,5 атм., попадает в камеру низкого давления 8 и далее по каналу 16, после прохождения редуцирующего клапана 17, попадает в первую полость 11 устройства выравнивания давления газов 4. Задающий газ (СО2) из баллона поступает в камеру высокого давления 9 механизма редуцирования задающего газа 3, проходит редуцирующий узел, снижает давление до заданных 3 атм., попадает в камеру низкого давления 10 и далее по каналу 18, после прохождения редуцирующего клапана 19, попадает во вторую полость 13 устройства выравнивания давления газов 4. Также задающий газ по каналу 18 попадает непосредственно в центральную полость 15 устройства выравнивания давления газов 4.

Давление задающего газа в центральной полости 15, воздействуя на мембрану 12, отжимает клапан 17, после чего давление в полости 11 меняется до тех пор, пока давления на мембрану 12 с обеих сторон не выровняются. Аналогично, давление задающего газа в центральной полости 15, воздействуя на мембрану 14, отжимает клапан 19, после чего давление в камере 13 меняется до тех пор, пока давления на мембрану 14 с обеих сторон не выровняются. Таким образом, давления газов в несмежных полостях 11 и 13 выравниваются и определяются значением давления в центральной полости 15 равным 3 атм. При колебаниях давления газов на входе в устройство для получения двухкомпонентных газовых смесей давления в полостях 11 и 13 устройства выравнивания давления газов остаются одинаковыми. Таким образом, центральная полость 15 выполняет функцию “выравнивающей пружины”, относительно которой устанавливаются равные давления Р3 в полости 11 и в полости 13. При применении мембран в устройстве выравнивания давлений 4 с толщиной в пределах от 0,1 до 0,01 мм достигается более стабильная работа устройства и более точные значения давлений на выходе из него. После устройства выравнивания давления газов 4 основной газ по каналу 20, а задающий газ по каналу 21 с равными значениями давлений попадают в камеру смешивания 22 регулятора соотношения газов в газовой смеси 5. Клапан 23 позволяет регулировать пропорцию смешиваемых газов за счет того, что с обеих сторон имеет конусную форму. Со стороны подачи основного газа на клапане сформирована конусная поверхность 34, а со стороны задающего газа на клапане сформирована конусная поверхность 35. При вращении ручки 33 клапан 23 линейно перемещается, в результате чего изменяется размеры зазоров между конусными поверхностями клапана 23 и седлом регулятора 5, таким образом, что количество поступающего в полость одного из газов увеличивается, а количество второго газа, поступающего в полость 22, уменьшается. Таким образом, откалибровав параметры конусных поверхностей клапана можно получить на выходе из регулятора 5 смесь газов с точно заданным количеством каждого из газовых компонентов. Из камеры 22 газовая смесь по каналу 24 попадает в регулятор расхода газа 6. Клапан 26 позволяет регулировать объем газа, поступающего в полость 25. При вращении ручки 36 клапан 26 линейно перемещается, в результате чего изменяется размер зазора между конусной поверхностью 37 клапана 26 и седлом регулятора 6. Из камеры 25 регулятора расхода газа 6 газовая смесь через выходное отверстие с давлением Р3 идет к потребителю.

Корпус устройства для получения двухкомпонентных газовых смесей одновременно являющийся корпусом для камер высокого и низкого давления механизмов редуцирования давления газов придает устройству компактность, исключает необходимость использования навесного оборудования в виде газовых редукторов и позволяет подключать его непосредственно к источникам сжатого газа. В корпусе предлагаемого устройства для получения двухкомпонентных газовых смесей также выполнены другие основные элементы, а именно полости устройства выравнивания давления газов, камера регулятора соотношения газов в газовой смеси, камера регулятора расхода газа, а также система каналов, соединяющая между собой основные функциональные узлы устройства. Устройство выравнивания давлений газов позволяет в автоматическом режиме поддерживать необходимое давление газов на выходе. Регулятор соотношения газов 5 за счет конструкции пропорционального клапана позволяет обеспечить точную бесступенчатую регулировку количества смешиваемых газов в газовой смеси. За счет того, что все основные узлы устройства размещены в одном корпусе, повышается удобство использования, а также безопасность эксплуатации на промышленных предприятиях. Корпус устройства, составленный из нескольких частей, позволяет уменьшить количество производственных операций по изготовлению устройства, а также получить доступ ко всем узлам устройства для их обслуживания.

Claims (10)

1. Устройство для получения двухкомпонентных газовых смесей, содержащее расположенные в одном корпусе и соединенные системой каналов механизмы редуцирования давления газов, устройство выравнивания давления газов, регулятор соотношения газов в газовой смеси и регулятор расхода газовой смеси, в котором устройство выравнивания давления газов включает три полости, разделенные двумя герметичными упругими элементами и взаимодействующие с ними редуцирующие клапаны, обеспечивающие поступление газа в соответствующую несмежную полость устройства выравнивания давления газов из соответствующей полости низкого давления механизма редуцирования, при этом центральная задающая полость устройства выравнивания давления газов, смежная с двумя другими полостями устройства выравнивания давления газов, давление в которой задает давление газов на выходе из устройства выравнивания давления газов, соединена с полостью низкого давления механизма редуцирования давления задающего газа.

2. Устройство для получения двухкомпонентных газовых смесей по п.1, в котором мембраны имеют толщину от 0,1 до 0,01 мм.

3. Устройство для получения двухкомпонентных газовых смесей по п.1, в котором редуцирующие клапаны установлены по оппозитной схеме.

4. Устройство для получения двухкомпонентных газовых смесей по п.1, в корпусе которого выполнены полости для камер высокого и низкого давления механизмов редуцирования давления газов.

5. Устройство для получения двухкомпонентных газовых смесей по п.1, в корпусе которого выполнены полости для камер устройства выравнивания давления газов, регулятора соотношения газов в газовой смеси и регулятора расхода газовой смеси.

6. Устройство для получения двухкомпонентных газовых смесей по п.1, отличающееся тем, что оси каналов, соединяющие полости низкого давления механизмов редуцирования газов и несмежные полости устройства выравнивания давления газов, выполнены в одной плоскости.

7. Устройство для получения двухкомпонентных газовых смесей по п.1, отличающееся тем, что содержит предохранительные клапаны.

8. Устройство для получения двухкомпонентных газовых смесей по п.1, отличающееся тем, что содержит, по меньшей мере, один индикатор давления газов.

9. Устройство для получения двухкомпонентных газовых смесей по п.1, отличающееся тем, что его корпус состоит из нескольких частей.

10. Устройство для получения двухкомпонентных газовых смесей по п.1, отличающееся тем, что содержит фильтрующие элементы.