SU842737A1 - Регул тор давлени газа - Google Patents

Description

(54) РЕГУЛЯТОР ДАВЛЕНИЯ ГАЗА

I

Изобретение относитс  к пневмоавтоматике и может примен тьс  в различн1з1х отрасл х промышленности и транспорта при понижении давлени  рабочей среды в пневматических системах и дл  поддержани  величины пониженного давлени  с требуемой точностью.

Известен регул тор давлени , содержащий корпус со входной и выходной полост ми и седлом. В корпусе расположен подпружиненный дросселирующий клапан, св занный через толкатель с чувствительным элементом , нагруженным регулируемой пружиной . Пружина чувствительного элемента представл ет собой витую пружину сжати  с круглцм и посто нным по длине поперечным сечением витков. Ее упруга  характеристика возрастающа  прймолинеЙ4 а , а коэффициент жесткости посто нный и не зависит от деформации 1

При отсутствии давлени  рабочей среды на входе и выходе известного регул тора его чувствительный элемент до отказа подн т вверх, дросселирующий клапан максимально подн т над седлом и образует максимальное проходное сечение. При резкой подаче давлени  на вход устройства

(например, через электропневмоклапаН) оно сразу поступает на выход, так как чувствительный элемент из-за инерционности и действи  сил трени  запаздывает отреагировать на повышение давлени  в выходной полости. В результате этого происходит динамический заброс выходного давлени  регул тора , что  вл етс  недостатком известного устройства.

Следующим недостатком известного регул тора  вл етс  то, что при снижении входного давлени  до давлени  настройки и ниже чувствительный элемент при малейщем понижении 1(даже случайном) давлени  на выходе перемещает рабочий орган вверх (в сторону увеличени  проходного сечени ). При этом рабоча  среда сбрасываетс  в выходную полость, питаема  пневмосистема оказываетс  без давлени , что приводит к ее полному отказу. Этот случай может иметь место не только при прекращении подачи давлени  на вход регул тора, но и при повреждении (разгерметизации) вхЬдной магистрали (трубопровода). Все это ухудщает динамические характеристики редуктора .

Наиболее близким к предлагаемому  вл етс  редуктор давлени , в корпусе котррого с входной и выходной полост ми выполнено два седла с общим каналом, соедин ющим вход с выходом регул тора, и установлены жестко св занные между собой и чувствительным элементом два клапана, один из которых  вл етс  дросселирующим, а второй - предохранительным (разобщающим входную и выходную полости при чрезмерном повыщении расхода газа). Дополнительный (предохранительный клапан взаимодействует с подпружиненным штоком, выход щим наружу из корпуса. Чувствительный элемент известнрго регул тора подпружинен цилиндрической витой пружиной, коэффициент жесткости которой посто нный и не зависит от сжати . Дополнительный клапан служит разобщению входной и выходной полости при чрезмерном расходе через регул тор, что может иметь место,. например, при повреждении трубопровода в питаемой через регул тор системе. Дл  повторного включени  в работу регул тора (после устранени  поломки) так же, как и дл  первого пуска системы (при первой подаче давлени  на вход регул тора) необходимо вручную нажать на толкатель дополнительного клапана, отвед  последний от дополнительного седла и подав давление газа на чувствительный элемент 2.

Недостатками известного регул тора  вл ютс  невысокие динамические и эксплуатационные свойства, невысока  точность регулировани  и узкий эксплуатационный диапазон настройки, сброс давлени  газа с выхода на вход (обратное движение) при понижении выходного давлени  ниже давлени  настройки.

Невысокие динамические свойства регул тора про вл ютс  в резком повышении выходного давлени  при резкой подаче давлени  газа на выход. При этом .не исключены динамические забросы давлени  на выходе, которые могут иметь место и при плавной подаче высокого давлени  на вход. Все это обусловлено полным открытием основного (дросселирующего) клапана при отсутствии давлени  газа в выходной полости и невозможностью ручным нажатием на шток клапанов обеспечить плавное открытие последних.

Необходимость дл  включени  известного регул тора вручную нажимать толкатель предохранительного клапана снижает эксплуатационные свойства устройства и заметно сужает область его возможного использовани . При этом не представл етс  возможным использовать регул тор в системах , управл емых дистанционно или автоматически , а в системах, управл емых человеком , может порождать отказы из-за ошибок оператора.

Сброс газа с выхода на вход (обратное движение) обусловлен жестким (неподвижным ) креплением штока дросселирующего клапана с чувствительным элементом. При понижении давлени  газа на входе ниже

давлени  настройки дополнительный (предохранительный ) клапан, будучи жестко св занным с чувствительным элементом, не может перекрыть дополнительное седло. Газ с выхода идет на вход. По мере сброса газа с выходной полости на вход давлео ние под мембраной уменьшаетс , чувствительный элемент поднимаетс  вверх, открыва  дросселирующий и закрыва  дополнительный клапан. Последний с дет на свое седло и разобщит выходную и входную по , лости только при полном сбросе на выход выходного давлени .

Кроме того, известные регул торы имеют узкий эксплуатационный диапазон настройки , что обусловлено посто нным (не завис щим от величины сжати ) коэффициентом жесткости пружины их чувствительных элементов. Статическа  погрешность работы редуктора пропорциональна коэффициенту жесткости рабочей пружины и не зависит от давлени  настройки (от величины сжати  пружины). Это приводит к росту относительной погрещности регулировани  (отношение абсолютной погрешности к давлению настройки) при уменьшении настроечного давлени , что ограничивает нижний предел регулировани . Стремление обеспечить требуемую относительную погрешность регулировани  на выходных давлени х уменьшением коэффициента жесткости рабочей пружины в известном устройстве автоматически приводит- к понижению верхнего предела регулировани ,

5 так как при этом пружина становитс  маломощной и не способна уравновесить действующую на чувствительный элемент силу высокого выходного давлени . Посто нный коэффициент жесткости рабочей пружины

известных регул торов обеспечивает требуемую точность работы только в узком диапазоне настроечных давлений, за пределами этого диапазона точность регулировани  низка  и не соответствует прелъ вл емым требовани м.

5 Цель изобретени  - улучшение динамических характеристик, надежности и расширение диапазона настройки регул тора давлени .

0 Поставленна  цель достигаетс  тем, что в регул торе давлени  газа, содержащем корпус, в котором установлены св занные между собой основной и дополнительный клапаны, соединенные толкателем с чувствительным элементом, св занным с пружиной задани , диполнительный клапан установлен с зазором относительно седла, а толкатель установлен с возможностью осевого перемещени  относительно чувствительного

элемента, причем пружина задани  выполнена с возрастающей жесткой нелинейной упругой характеристикой.

На чертеже представлен продольный разрез , регул тор давлени  газа.

Регул тор давлени  газа содержит корпус 1 с седлом 2, входной 3 и выходной 4 полост ми. В корпусе установлен основной клапан 5 с пружиной 6 и толкателем 7, взаимодействующим с чувствительным элементом 8, нагруженным рабочей пружиной 9, сжатие которой регулируетс  винтом 10 через тарель И. Чувствительный элемент 8 может быть порщнем или мембраной . Пружина 9 задани  имеет жесткую нелинейную возрастающую упругую характеристику , что может быть достигнуто выполнением ее с переменным щагом, с переменной площадью поперечного сечени  витков, фасонной (конической, параболоидной , телескопической) или другой. На чертеже пружина 9 выполнена конической.

С противоположной стороны седла 2 в выходной полости 4 выполнено дополнительное седло 12, а на толкателе 7 основного клапана 5 установлен дополнительный клапан 13. При отсутствии давлени  на входе и выходе регул тора между седлом 12 и клапаном 13 образована небольща  щель. Корпус 1 закрыт стаканом 14, газ во входную полость 3 подводитс  через входной патрубок 15, а через выходной патрубок 16 газ отводитс  из выходной полости 4 регул тора в пневмосистему.

Регул тор давлени  газа работает следующим образом.

В исходном положении пружина 9 задани  сжата винтом 10 через тарель 11. Чувствительный элемент 8 под действием пружины 9 опущен До отказа (до ограничител  в корпусе) вниз. Клагтан 5 через толкатель 7 чувствительным элементом 8 опущен вниз, между клапаном 5 и седлом 2 образовано максимальное проходное сечение . Дополнительный клапан 13 образует с дополнительным седлом 12 небольщую щель. Газ высокого давлени  по патрубку 15 подаетс  во входную полость 3 регул тора, из которой через щель между дополнительным седлом 12 и клапаном 13 поступает в выгодную полость 4. В щели между седлом 12 и клапаном 13 газ дросселируетс , его давление понижаетс , чем обеспечиваетс  плавное повыщение давлени  в выходной полости регул тора. Давление газа в выходной полости 4 повыщаетс , по мере повышени  давлени  на выходе регул тора чувствительный элемент 8 поднимаетс  вверх, сжима  пружину 9 задани . При этом проходное сечение между седлом 12 и клапаном 13 плавно увеличиваетс , а зазор между основным клапаном 5 и седлом 2 уменьщаетс . Как только клапан 13 поднимаетс  над седлом 12 настолько , что щель между ними будет больще проходного канала (канала седла 2 или 12), т.е. когда клапан 13 перестанет быть регулирукЗщим (дроссеелирующим), в работу вступит клапан 5. С этого момента проходное сечение регул тора определ етс  подъемом

клапана 5 над седлом 2. Газ из полости 3 поступает в полость 4, дросселиру сь в щели между клапанами 5 и седлом 2. Если выход из регул тора закрыт, то при определенном давлении в полости 4 (давлении настройки в статике), чувствительный элемент 8 поднимаетс  вверх, настолько сжав пружину 9, что клапан 5 с дет на седло 2, разобща  входную 3 и выходную 4 полости. При отборе газа в объем за регул тором выходное давление (давлени  в полости 4) и сила

его воздействи  на порщень 8 снижаютс . Это приводит к опусканию чувствительного элемента, открытию клапана 5 и дросселированию газа в образовавщейс  щели между клапаном и седлом. Давление в полости 4 снова повыщаетс , и при некотором его

0 значении между силами, действующими на подвижную систему регул тора, устанавливаетс  динамическое равновесие, соответствующее определенному расходу газа. Если расход газа измен етс , то новое равновесие наступает при другой величине дросселирующей щели.

При чрезмерном повыщении отбора газа в объем за регул тором (например, при повреждении трубопровода в питаемой пневмосистеме ) давление газа в полости 4 резко понижаетс , порщень 8 максимально опускаетс  вниз, клапан 13 образует с седлом 12 минимальное проходное сечение. Сброс газа через регул тор значительно уменьшаетс , чем исключаютс  неоправданные потери рабочей среды до устранени  неисправности или до перекрыти  магистрали.

При понижении давлени  газа во входной полости 3 ниже давлени  настройки давление в полости 4 становитс  выше входного, и клапан 13 давлением газа

0 прижимаетс  к седлу 12, разобща  входную и выходную полости. Этим предотвращаетс  сброс рабочего давлени  из питаемой регул тором пневмосистемы во входную полость. Система за регул тором остаетс  под давлением. При этом щток 7 отрываетс  от поршн  8, который под действием выходного давлени  остаетс  в подн том положении .

Нагружение чувствительного элемента пружиной 9 с жесткой нелинейной возрас® тающей упругой характеристикой, у которой коэффициент жесткости увеличиваетс  при увеличении сжати , обуславливает то, что при увеличении давлени  настройки (при увеличении сжати  пружины 9) жесткость

5 рабочей пружины увеличиваетс . Абсолютна  погрешность регул тора при этом также увеличиваетс . Однако относительна  погрешность при этом или уменьшаетс .

или остаетс  неизменной. В результате весь диапазон сжати  рабочей пружины используетс  дл  регулировани  давлени , эксплуатационный диапазон, настройки значительно расшир етс 

Предлагаемый регул тор давлени  газа имеет улучшенные динамические характеристики . Он исключает резкие динамические забросы выходного давлени  на вход, в выходной полости регул тора давление повышаетс  плавно во всех случа х. При чрезмерном увеличении расхода проходное сечение регул тора уменьшаетс  до минимального, чем исключаетс  неоправданный сброс рабочей среды при резкой разгерметизации пневматической системы , питаемой сжатым газом через регул тор . При снижении входного давлени  до давлени  настройки и ниже в регул торе исключено обратное движение газа. При этом дополнительный клапан разобщает входную и выходную полости. В результате давление с питаемой пневмосистемы не снижаетс , она остаетс  работоспособной . Все это, помимо улучшени  динащческих свойств регул тора , повышает надежность работы питаемой им пневмосистемьи

Кроме того регул тор обеспечивает значительное повышение точности поддержани  требуемой величины выходного (пониженного ) давлени  и ощутимое расширение эксплуатационного диапазона настройки , что обусловлено выполнением пружины чувствительного элемента с жесткостью, завис щей от сжати . При низких давлени х настройки сжатие пружины мало, коэффциент жесткости также мал, отклонение выходного давлени  от номинального Не превышает допустимую величину. При

увеличении давлени  настройки коэффициент жесткости рабочей пружины задани  увеличиваетс , относительна  же погрешность регулировани  или не измен етс , или даже уменьшаетс . В результате становитс  возможным использовать дл  регулировани  весь диапазон сжати  рабочей пружины.

Расширение диапазона настройки позвол ет значительно уменьшить число типов используемых регул торов, расшир ет область использовани  регул тора и создает благопри тные услови  дл  стандартизации и унификации устройств пневмоавтоматики.

Claims (2)

1. Формула изобретени 

   L Регул тор давлени  газа, содержащий корпус, в котором установлены св занные между собой основной и дополнительный клапаны, соединенные толкателем с чувствительным элементом, св занным с пружиной задани , отличающийс  тем, что, с целью улучшени  динамических характеристик и надежности регул тора в нем дополнительный клапан установлен с зазором относительно седла, а толкатель установлен с возможностью осевого перемещени  относительно чувствительного элемента.
2. 2. Регул тор по п. 1, отличающийс  тем, что, с целью расширени  диапазона настройки регул тора, в нем пружина задани  выполнена с возрастающей жесткой нелинейной упругой характеристикой.

   Источники информации, прин тые во внимание при экспертизе

   1.Авторское свидетельство СССР № 582501. кл. G 05 D 16/10, 1975.

   2.Авторское свидетельство СССР

   № 70569, кл. G 05 D 16/06, 1942 (прототип).