SU1765809A1 - Редуктор посто нного давлени - Google Patents

Abstract

Изобретение относитс  к технике автоматического регулировани  и может быть # использовано в пневмогидросистемах, к агрегатам которых предъ вл ютс  жесткие ограничени  по массогабаритным характеристикам и высокие требовани  к быстродействию и ремонтопригодности, например в системах управлени  летательных аппаратов. Цель изобретени  - повышение области применени  редуктора. Редуктор содержит корпус 1 с входным 2 и выходным 3 штуцерами, между которыми размещены перфорированные диски 8 и эластичный регулирующий орган в виде цилиндра 6 из пористой металлорезины, армированного пружиной 7 и расположенного в полом ступенчатом поршне 4 между дисками 8, причем ступень большего диаметра поршн  снабжена упором перфорированного диска, расположенного со стороны входной полости , а другой диск св зан с регулируемым упором в виде втулки 9. 1 з.п.ф-лы, 1 ил. со С

Description

Изобретение относится к технике автоматического регулирования и предназначено для использования в пневмогидросистемах, к агрегатам которых предъявляются жесткие ограничения по массогабаритным характеристикам, и высокие требования к быстродействию и ремонтопригодности, например,в системах управления летательных аппаратов.

Известно техническое решение, включающее корпус, внутри которого размещены плунжер, нагруженный пружиной, и конусный регулирующий орган, образующий с выходным каналом дросселирующее устройство.

К недостаткам указанной конструкции следует отнести:

1. Большой ход на перемещение конусного регулирующего органа, а следовательно, большая инерционность и невысокая чувствительность редуктора.

2. Большие габариты и масса конструкции ввиду наличия последовательно расположенных пружины, поршня и конусного регулировочного органа.

3. Повышенная склонность к автоколебаниям и пульсациям при регулировании давления среды, т.к. схема редуктора представляет собой упруго (на пружине) подвешенную массу, перемещающуюся в условиях нестабильного характера сил трения по направляющей поршня, что усугубляется консольным расположением конусного регулировочного органа относительно центрирующего его поршня и процессами износа его контактирующей с корпусом поверхностью.

4. Ограниченный диапазон перестройки рабочих режимов редуктора для использования в различных системах, что связано с конкретным исполнением пружины и про.ходного сечения дросселя для данной конструкции,

Известно техническое решение, содержащее корпус, между входной и выходной полостями которого установлен регулирующий орган, состоящий из седла и затвора, связанный с чувствительным элементом, выполненным в виде оболочки из эластичного материала, внутри которого установлен сопряженный с ней упругий элемент в виде набора стержней, равномерно размещенных по окружности, имеющих кривизну, равную кривизне оболочки, а чувствительный элемент одной торцовой частью связан с узлом настройки, а другой торцовой частью - с затвором, размещенным в выходной полости, причем чувствительный элемент выполнен конусообразным с увеличением диаметра сечения в сторону узла настройки, вогнутым вовнутрь и герметично связанным своей оболочкой из эластичного материала с корпусом, а другой частью с малым сечением связан через опору со штоком с подпружиненным затвором.

Данное техническое решение обеспечивает в сравнении с представленным выше аналогом повышение надежности и точности регулирования за счет выполнения чувствительного элемента в виде эластичной (резиновой) оболочки с малым ходом на ее перестановку при регулировании давления среды.

К недостатку устройства следует отнести значительные габариты и массы, конструктивную сложность и трудоемкость изготовления, что сопряжено с наличием конусообразной формы чувствительного элемента, набором стержней специальной кривизны и подвижной системы: опора шток - подпружиненный затвор.

Кроме того, конструкция с оболочечным упругим элементом из резины обладают существенным недостатком, ограничивающим область их применения, а именно:

- допускаемый рабочий диапазон резиновых эластичных оболочек (мембран) ±60°С, при кратковременном воздействии температур не свыше +100°С. Данное обстоятельство исключает использование таких оболочек в высокотемпературных (свыше +100°С) и криогенных (ниже ·· 120°С) редукторах, причем в условиях термоциклирования температур среды работоспособность (ресурс) оболочек резко снижается ввиду быстрого старения резины и потери ею упругости.

Применение в данной конструкции вместо эластомерной упругой оболочки металлических упругих элементов (мембран или сильфонов: ГОСТ 22388-66, ГОСТ 24553-81, ГОСТ 2174-83) также имеет свои отрицательные стороны:

- во-первых, ресурс работы металлических упругих оболочек, как правило, на порядок - два ниже, чем у эластомеров:

- во-вторых, установка металлических упругих оболочек в корпус редуктора значительно усложняет конструкцию, увеличивает его габариты и массу и требует дополнительного комплекса мер по обеспечению герметизации стыков корпуса.

Следует также отметить, что жесткость мембран или сильфонов (даже одной партии изготовления) колеблются в широких пределах (см. указание ГОСТ), что вносит свои сложности при использовании их в качестве чувствительных элементов с требуемой тарировкой усилителя при перемещении.

Кроме того, в конструкциях с оболочечными элементами выход последнего из строя вследствие потери герметичности (образование в местах сгиба или по гофрам трещины, вскрытие пор при термоциклировании среды в процессе перекладов и пр.) сопряжен с выходом редуктора из строя, так как при выравнивании давления по обе стороны чувствительного элемента последний перестает функционировать.

Известен регулятор давления [3], содержащий корпус, между входным и выходным патрубками которого установлен регулирующий орган, выполненный в виде дисковой диафрагмы с отверстиями и кольцевого эластичного элемента и снабженный размещенными в корпусе опорой шайбой и запорным органом, выполненным в виде диска с отверстиями, расположенными по периферии соответственно отверстием дисковой диафрагмы, и седлом, выполненным в корпусе со стороны входного патрубка, на опорной поверхности которого закреплена эластичная прокладка, причем в диске на резьбе закреплен стержень, снабженный на конце упором и установленный с зазором в осевых отверстиях дисковой диафрагмы и опорной шайбы, между которыми размещен кольцевой эластичный элемент, выполненный в виде торообразной заполненной газом оболочки,а на внутренней поверхности корпуса выполнен кольцевой выступ для ограничения хода дисковой диафрагмы в сторону входного патрубка, при этом расстояние от торца кольцевого выступа до эластичной прокладки больше толщины диска.

Использование данного регулятора давления в гидравлических системах перед раздаточными клапанами позволяет снизить износ запорной арматуры и утечку жидкости вследствие улучшения условий ее эксплуатации за счет снижения воздействия колебаний давления в сети и понижения давления на входе при прекращении отбора среды.

К недостатку прототипа следует отнести:

- конструктивную сложность и трудоемкость изготовления торообразного кольцевого эластичного элемента с обеспечением его герметичности и постоянства упругих свойств при многократном деформировании в процессе регулирования изменяющегося входного давления;

- ограниченный ресурс и неудовлетворительный диапазон допустимых рабочих температур эластомерных оболочек (см. критику решения по авт,св, № 1568020), что резко сужает области применения редуктора.

Цель изобретения - повышение ресурса и расширение области применения редуктора.

Поставленная цель достигается тем, что редуктор, содержащий корпус с входной и выходной полостями, между которыми размещены перфорированные диски и эластичный регулирующий орган, связанный с регулируемым упором, содержит размещенный в корпусе полый поршень со ступенями большего и меньшего диаметра, а эластичный регулирующий орган выполнен в виде цилиндра из пористой металлорезины, армированного пружиной и расположенного в полом поршне между перфорированными дисками, причем ступень большего диаметра расположена со стороны входной полости и снабжена упором соответствующего перфорированного диска, а регулируемый упор связан с другим перфорированным диском. Кроме того, регулируемый упор выполнен в виде втулки, установленной в выходной полости соосно полому поршню и связанной через резьбу с корпусом, причем полость между корпусом и торцом ступени меньшего диаметра полого поршня сообщена с выходной полостью через отверстие втулки.

Данные отличительные признаки в других устройствах не обнаружены.

На чертеже представлен продольный разрез предлагаемого редуктора.

Редуктор включает корпус 1 с входным 2 и выходным 3 штуцерами. В корпусе 1 установлен дифференциальный поршень 4, фиксируемый съемным стопорным кольцом

5. Внутри поршня 4 размещен эластичный регулирующий орган в виде цилиндра 6 из пористой металлорезины, армированного пружиной 7. По торцам цилиндра установлены перфорированные диски 8. Диск 8 со стороны выходной полости контактирует с торцом регулируемого упора, выполненного в виде полой втулки 9 с осевым 10 и радиальным 11 каналами, а поршень 4 снабжен упором другого диска со стороны входной полости.

Втулка 9 установлена с возможностью перемещения в осевом направлении (в данном случае резьбовое соединение) относительно корпуса 1. Радиальный канал 11 соединяет полость 12 за поршнем 4 с выходной полостью 13.

В конструкции по месту центрирования поршня 4 предусмотрен дренажный канал 14, связанный с атмосферой, исключающий образование зоны разрежения или противодавления между поверхностями диаметра ми d2 и d₃ при движении дифференциально поршня.

Перед работой устройства производят его настройку на рабочий режим следующим образом:

- подают на вход рабочее давление Pi и замеряют давление Рг на выходе.

При отклонении величины давления Рг от заданной в большую сторону заворачивают элемент 9, вследствие чего упругая деформация упругой втулки 6 увеличивается, а ее пористость, а следовательно, и площадь проходного сечения уменьшается. При этом давление Рг на выходе уменьша ется. Внутреннее армирование втулки 6 пружиной 7 способствует более длительному сохранению ее упругих свойств при многократном деформировании, то есть повышает ресурс ее работы.

При отклонении величины давления Рг от заданного в меньшую сторону втулку отворачивают, при этом упругая деформация втулки 6 уменьшается, а ее пористость, а следовательно, площадь проходного сечения увеличивается. При этом давление Рг на выходе увеличивается. После регулирования Р₂ при заданном Pi при помощи втулки 9 редуктор готов к работе.

Отметим, что баланс сил на втулке 6 при перепаде давления на редукторе ΔΡ, МПа, где Δ Р = Pi - Р₂ (Pi и Р₂ -соответственно давление среды перед и за редуктором) может быть выражен соотношением

PrSi — P₂‘S₂ = 2мр’ <5_Мр , „ π (d^ - di) 2 где Si = —^ь—4----‘-, мм - рабочая площадь поршня 4 со стороны входной полости:

„ 7t(d!3 - di) 2 _с

S₂ = —*—д---S мм - рабочая площадь поршня 4 со стороны выходной полости;

d₂, di - рабочие диаметры поршня 4: соответственно наружный по месту центрирования в корпусе со стороны входной полости и внутренний по месту установки втулки 6;

d₃ - рабочий диаметр поршня 4 по месту центрирования в корпусе со стороны выходной полости.

Причем Si > S₂ (условие дифференциал ьности поршня 4).

Из представленного выше выражения можно получить зависимость д Pi Si - Р₂ S₂

Омр - —=—т------, ^•мр позволяющую рассчитать взаимосвязь потребной площади проходного сечения втулки 6 для перепада давлений при заданной степени деформации втулки д_мр усилием (PrSi - P2 S2).

Работа редуктора заключается в следующем.

При подаче на вход редуктора среды с давлением Pi среда проходит через втулку 6, поступая при этом на выход в полость 13 с давлением Рг, которое одновременно через канал 11 поступает в полость 12. При этом втулка 6 нагружается согласно (1) усилием (Р1S1 - P2S2) , где Si = const: S2 = const. Причем при росте на входе величины Pi растет перепад Δ Р, что сопровождается ростом усилия (P1S1 - P₂S2). Степень деформации втулки 6 (д_Мр) при этом увеличивается, а следовательно, уменьшается площадь ее проходного сечения. Это приведет к выравниванию на выходе из редуктора давления Рг среды до заданного. При снижении давления Pi на входе усилие (P1S1 - P2S2) - .соответственно уменьшается, что приведет к уменьшению деформирования упругой втулки 6, а следовательно, к увеличению площади ее проходного сечения. При этом величина давления Рг на выходе возрастает до заданной.

Технико-экономический эффект от использования предлагаемого технического решения в сравнении с известными заключается в следующем.

1. Обеспечивается малый (на порядок ниже) потребный рабочий ход регулирующего (чувствительного) элемента, т.к. потребные величины деформирования металлорезины пористой структуры для изменения проходного сечения на порядок - два ниже потребных ходов с оболочечными и плунжерными элементами. Данное обстоятельство обеспечивает высокие быстродействие (малую инерцию) и чувствительность редуктора.

2. Практически устраняется возможность колебаний (автоколебаний) подвижных частей редуктора ввиду малости их ходов с одной стороны, и значительной диссипации забросов давления в пористой структуре металлорезины.

3. Расширяется возможность перестройки с одного режима работы на другой за счет регулировки предварительного поджатия втулки из металлорезины.

4. Обеспечивается высокая ремонтопригодность редуктора путем несложной замены съемной втулки из металлорезины на новую после выработки редуктором назна9 ченного (гарантированного) ресурса работы.

Claims (2)

1. Формула изобретения

   1. Редуктор постоянного давления, содержащий корпус с входной и выходной по- 5 лостями, между которыми размещены перфорированные диски и эластичный регулирующий орган, связанный с регулируемым упором, отличающийся тем, что, с целью повышения ресурса и расширения области применения редуктора, он содержит размещенный в корпусе полый поршень со ступенями большего и меньшего диаметров, а эластичный регулирующий орган выполнен в виде цилиндра из пористой металлорезины, армированного пружиной и расположенного в полом поршне между перфорированными дисками, причем ступень большего диаметра расположена со стороны входной полости и снабжена упором соответствующего перфорированного диска, а регулируемый упор связан с другим перфорированным диском.
2. 2. Редуктор по п.1,отличающийся тем, что регулируемый упор выполнен в виде втулки, установленной в выходной полости соосно с полым поршнем и связанной через резьбу с корпусом, причем полость между корпусом и торцом ступени меньшего диаметра полого поршня сообщена с выходной полостью через отверстие втулки.