RU2743005C1

RU2743005C1 - Balanced pressure regulator

Info

Publication number: RU2743005C1
Application number: RU2020123046A
Authority: RU
Inventors: Михаил Викторович Макарьянц; Валерий Алексеевич Васильев; Татьяна Васильевна Голева; Александр Геннадьевич Ногачев; Сергей Викторович Кузьмин; Сергей Валерьянович Урлин
Priority date: 2020-07-10
Filing date: 2020-07-10
Publication date: 2021-02-12

Abstract

FIELD: pneumatic automation devices.SUBSTANCE: invention relates to pneumatic automatic devices for space equipment and can be used also in various industries for operation with compressed gases, including with helium, if necessary to reduce gas pressure to a given value and automatically maintain this pressure within specified limits. In the disclosed pressure regulator, consisting of a housing with inlet and outlet nozzles and a fixed seat, shut off by a spring-clamped valve, a sensitive element, a loading spring placed in the cup and resting on a plate on the side surface of which grooves are made with fluoroplastic rings installed in them, an adjusting screw, a two-arm lever, axis of rotation of which is fixed in housing, according to invention in housing additional seat is installed with diameter of flow section, equal to diameter of passage section of above mentioned seat, overlapped with additional valve, axis of which is parallel to axis of initially said valve, and direction of pressing of valves to saddles is mutually opposite. Double-arm lever is made with equal arms: first arm by means of pushers via intermediate element rigidly fixed on it, on one side interacts with stock of sensitive element, on other side with pin of initially said valve, and second arm through intermediate element, fixed on it with possibility of rotation, on one side, alternately, depending on pressure, by means of spherical and threaded parts interacts with additional valve, on other side with spring installed in housing.EFFECT: providing high accuracy of outlet pressure at considerable change of inlet and high tightness on the seat when working with helium.1 cl, 3 dwg

Description

Изобретение относится к устройствам пневмоавтоматики для космической техники и может быть использовано также в различных областях промышленности для работы со сжатыми газами, в том числе с гелием, при необходимости понижения давления газа до заданной величины и автоматического поддержания этого давления в заданных пределах.The invention relates to pneumatic automation devices for space technology and can also be used in various fields of industry to work with compressed gases, including helium, if necessary, to lower the gas pressure to a predetermined value and automatically maintain this pressure within specified limits.

Известно устройство регулятора давления «после себя» с встроенным импульсным механизмом (Эйсмонт В.П. «Регуляторы», - Санкт-Петербург, 2012, стр. 236, рис. 6.2), включающее корпус с входным и выходным каналами, два неподвижно закрепленных в корпусе седла, подпружиненный клапан, чувствительный элемент, нагрузочную пружину, размещенную в стакане и опирающуюся на тарель, регулировочный винт.A known device for a pressure regulator "after itself" with a built-in impulse mechanism (Eismont V.P. "Regulators", - St. Petersburg, 2012, p. 236, Fig. 6.2), including a housing with inlet and outlet channels, two fixed in seat body, spring-loaded valve, sensing element, load spring placed in the glass and resting on the disc, adjusting screw.

Известен регулятор абсолютного давления с двухседельным клапаном (Голубев М.Д. «Газовые регуляторы давления» под редакцией д. т. н. проф. Г.И. Воронина, М.: Машиностроение, 1964, с. 152, фиг. 21), состоящий из двух седел, подпружиненного клапана, чувствительного элемента, нагрузочной пружины и регулировочного винта.Known absolute pressure regulator with a two-seat valve (Golubev M.D. "Gas pressure regulators" edited by Doctor of Science Prof. G.I. Voronin, Moscow: Mechanical Engineering, 1964, p. 152, Fig. 21), consisting of two seats, a spring-loaded valve, a sensing element, a load spring and an adjusting screw.

Недостатками известных устройства и регулятора являются:The disadvantages of the known device and regulator are:

- невысокая точность выходного давления при значительном изменении входного в результате выполнения одного из двух седел с большим диаметром, что ведет к созданию неуравновешенной силы и уменьшению эффекта от разгрузки;- low accuracy of the outlet pressure with a significant change in the inlet as a result of making one of the two saddles with a large diameter, which leads to the creation of an unbalanced force and a decrease in the effect of unloading;

- высокая утечка по седлам вследствие их соосности и расположения уплотнительных поверхностей на одном золотнике, которая появляется при отсутствии потребления рабочей среды на выходе регулятора давления и приводит к необходимости создания компенсационных элементов как со стороны конструкции самого регулятора давления, так и со стороны системы (усиление вспомогательной пружины, разноразмерность седел, гарантиро-ванный сброс рабочей среды из системы).- high leakage along the seats due to their alignment and the location of the sealing surfaces on one spool, which appears in the absence of consumption of the working medium at the outlet of the pressure regulator and leads to the need to create compensation elements both from the design of the pressure regulator itself and from the side of the system (strengthening of the auxiliary springs, different sizes of seats, guaranteed discharge of the working medium from the system).

Известен клапанный распределитель рычажно-поршневого типа (Д.Е Чегодаев, О.П. Мулюкин «Гидропневмотопливные агрегаты и их надежность», Куйбышевское книжное издательство, 1990, с. 37, рис. 2.2.в), состоящий из двух седел, двух установленных параллельно друг другу запорных органов, которые кинематически связаны равноплечим качающимся рычажным механизмом.Known valve distributor lever-piston type (DE Chegodaev, OP Mulyukin "Hydropneumo-fuel units and their reliability", Kuibyshev Book Publishing House, 1990, p. 37, Fig. 2.2.c), consisting of two saddles, two installed locking bodies parallel to each other, which are kinematically connected by an equal-arm swinging link mechanism.

Недостатком известного распределителя является невозможность понижения давления рабочей среды на выходе.The disadvantage of the known distributor is the impossibility of lowering the pressure of the working medium at the outlet.

Известен регулятор давления (патент РФ № 2587692 - прототип), содержащий корпус с входным и выходным штуцерами и неподвижно установленным седлом, перекрываемым подпружиненным клапаном, чувствительный элемент, нагрузочную пружину, размещенную в стакане и опирающуюся на тарель, на боковой поверхности которой выполнены проточки с установленными в них фторопластовыми кольцами, двуплечий рычаг, ось вращения которого закреплена в корпусе, регулировочный винт.Known pressure regulator (RF patent No. 2587692 - prototype), containing a housing with inlet and outlet fittings and a fixed seat, overlapped by a spring-loaded valve, a sensitive element, a load spring placed in a glass and resting on a plate, on the side surface of which grooves with installed in them with fluoroplastic rings, a two-armed lever, the axis of rotation of which is fixed in the body, an adjusting screw.

Недостатками известного регулятора являются:The disadvantages of the known regulator are:

- низкая точность поддержания выходного давления при изменении входного давления (более 30%) за счет малой площади чувствительного элемента, а также наличия неразгруженной площади золотника, находящейся под воздействием входного и выходного давлений рабочей среды;- low accuracy of maintaining the outlet pressure when the inlet pressure changes (more than 30%) due to the small area of the sensitive element, as well as the presence of the unloaded area of the spool, which is under the influence of the inlet and outlet pressures of the working medium;

- недостаточная герметичность по седлу при работе с гелием за счет применения уплотнения «металл по металлу» и возможности перекоса клапана относительно седла из-за неточности выполнения деталей, которую нечем компенсировать.- insufficient tightness along the seat when working with helium due to the use of a metal-to-metal seal and the possibility of a valve skewing relative to the seat due to inaccuracy in the execution of parts, which there is nothing to compensate for.

Задачей технического решения является устранение указанных недостатков, а именно: обеспечение высокой точности выходного давления при значительном изменении входного и высокой герметичности по седлу при работе с гелием.The task of the technical solution is to eliminate the indicated disadvantages, namely: to ensure high accuracy of the outlet pressure with a significant change in the inlet pressure and high tightness along the seat when working with helium.

Поставленная задача решается тем, что в заявленном устройстве, состоящим из корпуса с входным и выходным штуцерами и неподвижно установленным седлом, перекрываемым клапаном, поджатым пружиной, чувствительного элемента, нагрузочной пружины, размещенной в стакане и опирающейся на тарель, на боковой поверхности которой выполнены проточки с установленными в них фторопластовыми кольцами, регулировочного винта, двуплечего рычага, ось вращения которого закреплена в корпусе, согласно изобретению, в корпусе неподвижно установлено дополнительное седло с диаметром проходного сечения равным диаметру проходного сечения вышеупомянутого седла, перекрываемое дополнительным клапаном, ось которого параллельна оси первоначально упомянутого клапана, а направление поджатия клапанов к седлам взаимно противоположное, при этом двуплечий рычаг выполнен с равными плечами: первое плечо посредством толкателей черезThe problem is solved by the fact that in the claimed device, consisting of a body with inlet and outlet fittings and a fixed seat, closed by a valve, compressed by a spring, a sensitive element, a load spring placed in a glass and resting on a plate, on the side surface of which grooves are made with installed in them fluoroplastic rings, an adjusting screw, a two-arm lever, the axis of rotation of which is fixed in the body, according to the invention, an additional saddle with a bore diameter equal to the bore diameter of the aforementioned saddle is fixedly installed in the body, which is closed by an additional valve, the axis of which is parallel to the axis of the originally mentioned valve , and the direction of pressing the valves to the seats is mutually opposite, while the two-arm lever is made with equal arms: the first arm by means of pushers through

промежуточный элемент, жестко закрепленный на нем, с одной стороны взаимодействует со штоком чувствительного элемента, с другой стороны со штифтом первоначально упомянутого клапана, а второе плечо через промежуточный элемент, закрепленный на нем с возможностью поворота, с одной стороны, поочередно, в зависимости от давления, посредством сферической и резьбовой частей взаимодействует с дополнительным клапаном, с другой стороны с пружиной, установленной в корпусе. the intermediate element rigidly fixed to it, on the one hand, interacts with the rod of the sensitive element, on the other hand with the pin of the originally mentioned valve, and the second shoulder through the intermediate element fixed thereto with the possibility of rotation, on the one hand, alternately, depending on the pressure , through the spherical and threaded parts, interacts with an additional valve, on the other side with a spring installed in the body.

Заявленное устройство представлено на чертежах: на фиг. 1 изображен общий вид регулятора давления уравновешенного в разрезе; на фиг. 2 - вид А с фиг. 1; на фиг. 3 - вид Б с фиг. 1.The claimed device is shown in the drawings: FIG. 1 shows a general view of a pressure regulator balanced in section; in fig. 2 - view A from FIG. one; in fig. 3 - view B from Fig. one.

Регулятор давления уравновешенный (фиг. 1) состоит из корпуса 1, по технологическим соображениям выполненного составным, с входным штуцером 2, выходным штуцером 3 (фиг. 2), седла 4, клапана 5, поджатого пружиной 6, чувствительного элемента 7, например, в виде сильфона, со штоком 8, регулировочного винта 9 нагрузочной пружины 10, размещенной в стакане 11 и опирающейся на тарель 12, на боковой поверхности которой выполнены проточки 13 с установленными в них фторопластовыми кольцами 14, дополнительного седла 15 (фиг. 3), при этом диаметры проходных сечений обоих седел равны (d1=d2), дополнительного клапана 16, двуплечего рычага 17, ось вращения 18 которого закреплена в корпусе 1, при этом первое плечо 19 двуплечего рычага 17 посредством толкателей 20 и 21, перемещающихся в корпусе 1, через промежуточный элемент 22, жестко закрепленный на плече 19, с одной стороны взаимодействует со штоком 8 чувствительного элемента 7, с другой стороны со штифтом 23, запрессованным в клапан 5, при этом на втором плече 24 с возможностью поворота вокруг оси 25 закреплен промежуточный элемент 26, из соображения регулировки выполненный составным, который с одной стороны поочередно в процессе работы регулятора посредством сферической части 27 (при повышении давления на выходе) и резьбовой части 28 (при падении давления на выходе) взаимодействует с дополнительным клапаном 16, а с другой стороны с пружиной 29, установленной в корпусе 1.A balanced pressure regulator (Fig. 1) consists of a housing 1, made composite for technological reasons, with an inlet nozzle 2, an outlet nozzle 3 (Fig. 2), a seat 4, a valve 5 pressed by a spring 6, a sensing element 7, for example, in in the form of a bellows, with a stem 8, an adjusting screw 9 of a load spring 10, placed in a glass 11 and resting on a plate 12, on the side surface of which there are grooves 13 with fluoroplastic rings 14 installed in them, an additional saddle 15 (Fig. 3), while the diameters of the bore sections of both seats are equal (d1 = d2), an additional valve 16, a two-armed lever 17, the axis of rotation 18 of which is fixed in the body 1, while the first arm 19 of the two-armed lever 17 by means of pushers 20 and 21 moving in the body 1 through the intermediate element 22, rigidly attached to the shoulder 19, on the one hand interacts with the rod 8 of the sensitive element 7, on the other hand with the pin 23 pressed into the valve 5, while on the second arm 24 is pivotable about the axis 25, an intermediate element 26 is fixed, for reasons of adjustment, made integral, which, on the one hand, alternately during the operation of the regulator by means of the spherical part 27 (when the outlet pressure rises) and the threaded part 28 (when the outlet pressure drops ) interacts with an additional valve 16, and on the other hand with a spring 29 installed in the housing 1.

Описание работы.Work description.

Регулятор давления уравновешенный нормально открыт.The balanced pressure regulator is normally open.

Понижение входного давления осуществляется путем одновременного дросселирования рабочей среды в кольцевых щелях В и Г (фиг. 3), образующихся при отжатии клапана 5 от седла 4 и дополнительного клапана 16 от дополнительного седла 15.The lowering of the inlet pressure is carried out by simultaneous throttling of the working medium in the annular slots C and D (Fig. 3), formed when the valve 5 is pushed from the seat 4 and the additional valve 16 from the additional seat 15.

Поддержание установленного рабочего давления постоянным достигается непрерывным автоматическим регулированием кольцевых щелей В и Г за счет уравновешивания сил, действующих на клапан 5 и дополнительный клапан 16 через двуплечий рычаг 17.Maintaining the set operating pressure constant is achieved by continuous automatic regulation of the annular slots C and D by balancing the forces acting on the valve 5 and the additional valve 16 through the two-arm lever 17.

В исходном положении регулировочный винт 9 разгружен, клапан 5 и дополнительный клапан 16 отстоят от седла 4 и дополнительного седла 15 соответственно.In the initial position, the adjusting screw 9 is unloaded, valve 5 and additional valve 16 are spaced from seat 4 and additional seat 15, respectively.

Настройку регулятора давления уравновешенного на заданное давление на выходе производят при подведенном на вход давлении рабочей среды. При ввертывании, регулировочный винт 9 сжимает нагрузочную пружину 10, усилие от которой через тарель 12, шток 8, толкатель 20, посредством промежуточного элемента 22 передается на первое плечо 19 двуплечего рычага 17, и далее через толкатель 21 и штифт 23 - на клапан 5, который, преодолевая усилие пружины 6, отжимается от седла 4, образуя кольцевую щель В. Одновременно, двуплечий рычаг 17 поворачивается по часовой стрелке вокруг оси 18, преодолевая усилие пружины 29, и, посредством второго плеча 24 и резьбовой части 28 промежуточного элемента 26 отжимает дополнительный клапан 16 от дополнительного седла 15, образуя кольцевую щель Г. При этом через обе кольцевые щели В и Г рабочая среда из полости высокого давления Д дросселируется во внутреннюю полость рабочего давления Е (фиг. 1, 2) и поступает на выход.Adjustment of the pressure regulator balanced to a given outlet pressure is carried out at the pressure of the working medium supplied to the inlet. When screwing in, the adjusting screw 9 compresses the load spring 10, the force from which through the disc 12, the rod 8, the pusher 20, through the intermediate element 22, is transmitted to the first arm 19 of the two-arm lever 17, and then through the pusher 21 and the pin 23 to the valve 5, which, overcoming the force of the spring 6, is squeezed from the seat 4, forming an annular slot B. At the same time, the two-armed lever 17 rotates clockwise around the axis 18, overcoming the force of the spring 29, and, by means of the second arm 24 and the threaded part 28 of the intermediate element 26, squeezes an additional valve 16 from the additional seat 15, forming an annular slot G. At the same time, through both annular slots C and D, the working medium from the high-pressure cavity D is throttled into the inner cavity of the operating pressure E (Figs. 1, 2) and enters the outlet.

Регулировочный винт 9 ввертывают до тех пор, пока давление на выходе не достигнет заданного уровня.The adjusting screw 9 is screwed in until the outlet pressure reaches a predetermined level.

Автоматическое регулирование давления на выходе происходит следующим образом.Automatic regulation of the outlet pressure is as follows.

При повышении давления на выходе и в полости Е увеличивается сила от давления рабочей среды на чувствительный элемент 7, который вместе со штоком 8 перемещается, преодолевая усилие нагрузочной пружины 10, ослабевает сила, действующая на первое плечо 19 двуплечего рычага 17 и клапан 5 посредством пружины 6 поджимается к седлу 4, уменьшая кольцевую щель В. Одновременно, двуплечий рычаг 17 поворачивается против часовой стрелки вокруг оси 18 и посредством второго плеча 24 и сферической части 27, промежуточного элемента 25 поджимает дополнительный клапан 16 к дополнительному седлу 15, уменьшая кольцевую щель Г. Обе кольцевые щели В и Г будут уменьшаться до тех пор, пока давление в полости Д не будет равно давлению настройки.When the pressure at the outlet and in the cavity E increases, the force from the pressure of the working medium on the sensitive element 7, which, together with the stem 8, moves, overcoming the force of the load spring 10, the force acting on the first arm 19 of the two-armed lever 17 and the valve 5 by means of the spring 6 weakens is pressed against the saddle 4, reducing the annular gap B. At the same time, the two-arm lever 17 rotates counterclockwise around the axis 18 and by means of the second arm 24 and the spherical part 27, the intermediate element 25 presses the additional valve 16 against the additional saddle 15, reducing the annular gap G. Both the annular slots C and D will decrease until the pressure in the cavity D is equal to the setting pressure.

При падении давления на выходе и в полости Е, уменьшается сила от давления рабочей среды на чувствительный элемент 7, под действием нагрузочной пружины 10 шток 8 перемещается и через систему деталей (смотри настройку), преодолевая усилие пружины 6 отжимает клапан 5 от седла 4, увеличивая кольцевую щель В. Одновременно, двуплечий рычаг 17 поворачивается по часовой стрелке вокруг оси 18 и, преодолевая усилие пружины 29, посредством второго плеча 24 и резьбовой части 28 промежуточного элемента 25 отжимает дополнительный клапан 16 от дополнительного седла 15, увеличивая кольцевую щель Г. Увеличение кольцевых щелей В и Г будет происходить до тех пор, пока давление в полости Д не будет равно давлению настройки.With a drop in pressure at the outlet and in cavity E, the force from the pressure of the working medium on the sensitive element 7 decreases, under the action of the loading spring 10, the rod 8 moves and through the system of parts (see setting), overcoming the force of the spring 6, presses the valve 5 from the seat 4, increasing annular slot B. At the same time, the two-armed lever 17 rotates clockwise around the axis 18 and, overcoming the force of the spring 29, by means of the second arm 24 and the threaded part 28 of the intermediate element 25 squeezes the additional valve 16 from the additional seat 15, increasing the annular slot G. slots C and D will continue until the pressure in cavity D is equal to the setting pressure.

Заявленное техническое решение позволит:The stated technical solution will allow:

- повысить точность поддержания выходного давления при значительном изменении входного путем исключения влияния неразгруженной площади на функционирование регулятора давления за счет взаимной компенсации неразгруженных площадей обоих клапанов, достигаемой за счет равенства диаметров проходного сечения обоих седел – d1=d2, а так же кинематической связкой клапанов, сила от высокого давления рабочей среды на которые действует во взаимно противоположном направлении через двуплечий рычаг, за счет равноплечности двуплечего рычага достигается эквивалентность как усилий, воспринимаемых клапанами, так и высот подъема обоих клапанов относительно седел, кроме того, повышению точности давления настройки способствует использование сферической части промежуточного элемента второго плеча двуплечего рычага, позволяющей исключить возникновение неуравновешенных сил, а следовательно ошибки давления настройки;- to increase the accuracy of maintaining the outlet pressure with a significant change in the inlet pressure by eliminating the effect of the unloaded area on the functioning of the pressure regulator due to the mutual compensation of the unloaded areas of both valves, achieved due to the equality of the bore diameters of both seats - d1 = d2, as well as the kinematic linkage of the valves, force from the high pressure of the working medium on which it acts in a mutually opposite direction through the double-arm lever, due to the equality of the double-armed lever, the equivalence of both the forces perceived by the valves and the lift heights of both valves relative to the seats is achieved, in addition, the use of the spherical part of the intermediate an element of the second arm of a two-armed lever, which makes it possible to exclude the occurrence of unbalanced forces, and therefore errors in the setting pressure;

- повысить герметичность по седлу при работе с гелием за счет применения отдельных пружин, поджимающих каждый клапан к седлу, а также посредством исключения деформации уплотнителя клапана, которая может повлечь изменение сформированного при сборке и эксплуатации следа от седла на уплотнителе, за счет запрессовки в клапан штифта из твердого материала, воспринимающего на себя всю силовую нагрузку от нагрузочной пружины, кроме того, повышению герметичности способствует использование сферической части промежуточного элемента второго плеча двуплечего рычага, играющей роль шарнира при взаимодействии клапанов и минимизирующей осевые отклонения дополнительного клапана, при этом исключается влияние изгиба пружины на равномерность прижатия дополнительного клапана к дополнительному седлу.- to increase the tightness of the seat when working with helium by using separate springs that press each valve to the seat, as well as by eliminating deformation of the valve seal, which can lead to a change in the seal formed during assembly and operation from the seat on the seal, by pressing a pin into the valve made of a solid material that takes on the entire power load from the loading spring, in addition, the use of the spherical part of the intermediate element of the second arm of the two-armed lever, which plays the role of a hinge during the interaction of the valves and minimizes the axial deflections of the additional valve, helps to increase the tightness, while eliminating the effect of spring bending on uniform pressing of the additional valve to the additional seat.

Claims

A balanced pressure regulator, containing a body with inlet and outlet fittings and a fixed seat, closed by a valve, compressed by a spring, a sensing element, a load spring placed in a glass and resting on a plate, on the side surface of which grooves are made with fluoroplastic rings installed in them, adjusting a screw, a two-arm lever, the axis of rotation of which is fixed in the body, characterized in that an additional saddle with a bore equal to the bore of the aforementioned saddle is fixed in the body, closed by an additional valve, the axis of which is parallel to the axis of the originally mentioned valve, and the direction of compression of the valves to the saddles is mutually opposite, while the two-armed lever is made with equal arms: the first arm, by means of pushers through an intermediate element rigidly fixed to it, interacts on the one hand with the rod of the sensitive element, on the other hand with the pin of the originally mentioned valve, and the second shoulder through the intermediate element fixed thereto with the possibility of rotation, on the one hand, alternately, depending on the pressure, by means of spherical and threaded parts interacts with an additional valve, on the other hand with a spring installed in the body ...