РЕГУЛЯТОР ДАВЛЕНИЯ ГАЗА Российский патент 1997 года по МПК G05D16/06 

Изобретение относится к устройствам для автоматического регулирования и может быть использовано в различных отраслях машиностроения для регулирования давления газа, например, в редукторах баллонных для газопламенной обработки.

Известен регулятор давления газа, серийно выпускаемый Барнаульским аппаратно-механическим заводом, содержащий корпус, входной и выходной каналы, подводящий штуцер, вспомогательные каналы, регулирующий дроссель, соединяющий полости высокого и низкого давления, состоящий из седла и поджатого к седлу упругим элементом запорного органа, подвижный относительно корпуса толкатель, связывающий запорный орган с чувствительным элементом, который образует с корпусом полость низкого давленияи погружен элементом задания. (Редукторы баллонные одноступенчатые. Паспорт 36 45 71 1109ПС, РИУ ПО "Полиграфист", 1993).

приведенный регулятор имеет сложную конструкцию, повышенную металлоемкость и пониженную точность регулирования, т.е. изменения выходного давления регулятора вследствие изменения силы элемента задания, из-за изменяющегося зазора в регулирующем дросселе при различных расходах газа.

Известен регулятор давления газа, содержащий корпус, входной и выходной каналы, регулирующий дроссель, соединяющий полости высокого и низкого давления, состоящий из седла и поджатого к седлу упругим элементом запорного органа, подвижный относительно корпуса толкатель, связывающий запорный орган с чувствительным элементом. Регулятор содержит также днище, выполненное в виде диска, служащего стенкой между полостью низкого давления и демпфирующей камерой, упругое кольцо с радиальными пазами, расположенное между чувствительным элементом и днищем, при этом демпфирующая камера сообщается с полостью низкого давления через отверстие в днище, являющееся по существу демпфирующим дросселем, а чувствительный элемент регулятора нагружен элементом задания. Наличие демпфирующего кольца и днища с демпфирующим дросселем увеличивает точность и устойчивость регулирования по сравнению с предыдущим аналогом при постоянных расходах газа (авт.св. СССР N 1315955, кл. G 05 D 16/06, 1986).

Недостатками приведенного регулятора являются: изменение выходного давления регулятора вследствие изменения силы элемента задания из-за изменяющегося зазора в регулирующем дросселе при различных расходах газа, что приводит к понижению точности регулирования; сложная, ломаная траектория движения газового потока в регуляторе оказывает дополнительное влияние на падение давления газа, что приводит к ограничению пропускной способности и ограничивает точность регулирования; наличие дополнительных элементов в регуляторе (днища и специального упругого кольца) усложняет конструкцию.

Наиболее близким к изобретению по технической сущности является регулятор давления газа, содержащий корпус, полость высокого давления, соединенную с входным каналом, полость низкого давления, соединенную с выходным каналом и образующую центральный канал, регулирующий дроссель, соединяющий полости высокого и низкого давления и состоящий из седла в корпусе и запорного органа, поджатого к седлу упругим элементом, полость под чувствительным элементом, являющуюся по существу демпфирующей камерой, отделенной от полости низкого давления стенкой корпуса с соединительным отверстием в ней, расположенным соосно центральному каналу и сообщающим полость низкого давления с демпфирующей камерой посредством эжектора, образованного жестко закрепленной в соединительном отверстии стенки корпуса трубкой и цилиндром, закрепленным на запорном органе, причем трубка размещена с осевым и радиальным зазорами в цилиндре, чувствительный элемент в виде заделанной в корпус мембраны, образующей другую стенку демпфирующей камеры и взаимодействующей с элементом задания, толкатель, установленный с возможностью осевого перемещения в корпусе и связывающий чувствительный элемент с запорным органом, причем толкатель проходит через трубку эжектора с радиальным зазором и по меньшей мере на всей длине этой трубки выполнен с постоянным поперечным сечением, а выходной канал сообщается непосредственно с центральным каналом и расположен под углом к нему (авт.свид. СССР N 1236441, кл. G 05 D 16/06, 1984).

Известному регулятору присущи следующие недостатки:
направление движение потока газа в начале центрального канала и направление эжекции из зазора между цилиндром и трубкой расположены под прямым углом к оси выходного канала, что приводит к неупорядоченности движения газового потока и существенному снижению эжекционного эффекта, несмотря на применение скоса в цилиндре, направленного в сторону выходного канала, что в конечном итоге приводит к снижению точности регулирования;
исполнение эжектора из дополнительных элементов жестко закрепленной в цилиндрическом отверстии стенки корпуса трубки и цилиндра, закрепленного на запорном органе, усложняет конструкцию регулятора;
не регламентированы параметры регулятора (в частности, площадь сечения зазора между толкателем и трубкой), от которых зависит устойчивость его работы; при неверно выбранных параметрах регулятора в полости низкого давления возникают вынужденные противофазные колебания давления газа, частота, которых может быть близка или равна частоте собственных колебаний системы подвижных элементов регулятора (элемент задания, упругий элемент, мембрана, толкатель, запорный элемент) в этом случае регулятор входит в автоколебательный (резонансный) режим;
сравнительно повышенная металлоемкость, так как регулирующий дроссель и полость высокого давления размещены непосредственно в корпусе, а это требует увеличения габарита корпуса и расхода металла, зачастую дефицитного (латунь).

Задачей изобретения является повышение точности и стабильности автоматического поддержания давления за счет повышения плавности газового потока в полости низкого давления и эффективности эжекции, а также обеспечение устойчивости регулирования за счет исключения возможности автоколебательного процесса в регуляторе, при одновременном упрощении конструкции и снижении металлоемкости.

Указанная задача решена тем, что в регуляторе расхода газа, содержащем корпус, полость высокого давления, соединенную с входным каналом, полость низкого давления, соединенную с выходным каналом и образующую центральный канал, регулирующий дроссель, соединяющий полости высокого и низкого давления и состоящий из седла в корпусе и запорного органа, поджатого к седлу упругим элементом, демпфирующую камеру, отделенную от полости низкого давления стенкой корпуса с соединительным отверстием в ней, расположенным соосно центральному каналу и сообщающим полость низкого давления с демпфирующей камерой, чувствительный элемент в виде заделанной в корпус мембраны, образующей другую стенку демпфирующей камеры и взаимодействующий с элементом задания, толкатель, установленный с возможностью осевого перемещения в корпусе и связывающий чувствительный элемент с запорным органом, причем толкатель проходит через соединительное отверстие в стенке корпуса с зазором, а выходной канал сообщается непосредственно с центральным каналом и расположен под углом к нему, а также подводящий штуцер и вспомогательные каналы, согласно изобретению, толкатель в зоне центрального канала выполнен с участком уменьшающегося по направлению к запорному органу поперечного сечения, начинающимся за соединительным отверстием, вход в выходной канал прилегает непосредственно ко входу в соединительное отверстие, а параметры регулятора связаны соотношением
D_у k•P/Q
где D_у минимальный условный диаметр зазора между толкателем и соединительным отверстием (то есть диаметр цилиндрического отверстия, площадь сечения которого равна минимальной площади сечения зазора), м;
Р максимальное давление в полости высокого давления, Па;
Q максимальный расход газа в выходном канале регулятора, м³/с;
k коэффициент, k (0,03-1,93)•10^-12, сxм⁵/кг.

Кроме того, толкатель в зоне центрального канала выполнен с коническим участком.

Кроме того, толкатель в зоне центрального канала выполнен с участком, имеющим в продольном сечении форму четверти эллипса, одна ось которого параллельна оси толкателя.

Кроме того, центральный канал на участке седла по меньшей мере частично выполнен с коническим сужением в направлении к запорному органу.

Кроме того, полость высокого давления и регулирующий дроссель расположены в подводящем штуцере.

Кроме того, седло выполнено в виде втулки, зажатой между корпусом и подводящим штуцером, и в седле выполнен канал, соединяющий полость высокого давления через отверстие в корпусе с одним из вспомогательных каналов.

Кроме того, седло выполнено зацело с корпусом, и в корпусе выполнен канал, соединяющий полость высокого давления с одним из вспомогательных каналов.

Кроме того, вспомогательные каналы выполнены в корпусе в одной плоскости с выходным каналом.

Кроме того, мембрана чувствительного элемента выполнена составной по меньшей мере из двух пластин между которыми образована герметичная демпфирующая полость.

Сформулированные технические результаты достигаются благодаря следующему.

В отличие от известного регулятора в регуляторе согласно изобретению толкатель выполнен профилированным, то есть наряду с участком с постоянным поперечным сечением, проходящим через соединительное отверстие в стенке корпуса, толкатель в зоне центрального канала имеет участок уменьшающегося по направлению к запорному органу поперечного сечения. При таком выполнении толкателя поток газа, обтекая толкатель, более плавно меняет свою траекторию при переходе из центрального канала в выходной канал.

Плоскость перехода участка толкателя с постоянным поперечным сечением в участок переменного поперечного сечения расположена за соединительным отверстием, и когда часть входа в выходной канал перекрывается участком толкателя с постоянным поперечным сечением, площадь входа в выходной канал уменьшается, а в перекрытом толкателем участке входа в выходной канал образуется область эжекции. При этом уменьшение площади входа в выходной канал и совпадение направления эжекции с направлением движения потока газа благоприятно сказывается на усилении эжекционного эффекта и стабильности работы регулятора.

Различные модификации формы толкателя (коническая, эллиптическая в продольном сечении) имеют каждая свои преимущества: в простоте изготовления или в полноте и плавности поворота газового потока.

Один из основных параметров регулятора площадь сечения зазора между толкателем и соединительным отверстием. Этот зазор, являющийся по существу демпфирующим дросселем может быть образован различными сочетаниями форм толкателя и соединительного отверстия (в поперечном сечении), например при цилиндрическом толкателе соединительное отверстие может иметь продольные пазы или иметь квадратное сечение или, наоборот, при выполнении соединительного отверстия цилиндрической формы толкатель может иметь трехгранную форму, или на его цилиндрической поверхности могут быть нанесены продольные риски.

В любом из этих случаев минимальное сечение такого зазора, обеспечивающее работоспособность регулятора, можно охарактеризовать минимальным условным диаметром D_e, то есть диаметром цилиндрического отверстия, площадь сечения которого равна минимальной площади сечения зазора.

Этот параметр регулятора определяется соотношением:
D_у k•P/Q
где Р максимальное давление в полости высокого давления (давление на входе регулятора), Па;
Q максимальный расход газа в выходном канале регулятора, м³/с;
k коэффициент, k (0,03-1,93) х 10^-12, схм⁵/кг.

Значения всех параметров приведены в международной системе единиц СИ.

Параметр Р стоит в числителе выражения, поскольку чем больше максимальное давление на входе регулятора, тем больше должен быть диаметр чувствительного элемента, находящегося под воздействием низкого давления из-за необходимости уменьшения погрешности выходного давления при изменении давления на входе регулятора, что в свою очередь увеличивает объем демпфирующей камеры. Увеличение объема демпфирующей камеры для обеспечения устойчивой работы регулятора требует увеличения сечения демпфирующего зазора.

Параметр Q стоит в знаменателе выражения, поскольку чем больше расход газа на выходе регулятора, тем сильнее эффект эжекции и тем меньше необходимо сечение зазора для обеспечения работоспособности регулятора.

Значение коэффициента k определены экспериментальным путем для различных соотношений Р/Q и находятся в диапазоне (0,03-1,93) х 10^-12, схм⁵/кг. При значениях коэффициента k < 0,03 x 10^-12cxм⁵/кг, то есть при незначительных величинах зазора между толкателем и соединительным отверстием, газ не успевает заполнять демпфирующую камеру (или истекать из демпфирующей камеры) при изменениях расхода газа, то есть не обеспечивается обратная связь по давлению, что приводит к изменению выходного давления, то есть снижается точность регулирования. При значениях коэффициента k < 1,93 x 10^-12 схм⁵/кг, то есть при значительных величинах зазора между толкателем и соединительным отверстием, наблюдается возникновение автоколебаний подвижной системы регулятора, что приводит к резонансным эффектам (увеличивается амплитуда колебаний выходного давления), то есть снижается устойчивость регулирования.

Обеспечение функций демпфирования и эжекции без применения дополнительных элементов позволяет существенно упростить конструкцию регулятора.

Что касается снижения металлоемкости регулятора, то на достижение этого результата направлено размещение регулирующего дросселя и полости высокого давления не в корпусе, а во входном штуцере.

Изобретение поясняется чертежами, где на фиг. 1 приведен регулятор давления газа в продольном разрезе; на фиг. 2 разрез А-А на фиг.1; на фиг. 3 выносной элемент В в увеличенном масштабе.

Регулятор содержит корпус 1, полость 2 высокого давления, соединенную с входным каналом 3, полость 4 низкого давления, образующую центральный канал 5, через который проходит толкатель 6, выходной канал 7, соединенный с полостью 4 низкого давления, регулирующий дроссель 8, соединяющий полости высокого 2 и низкого 4 давления и состоящий из седла 9 в корпусе 1 и запорного органа 10, поджатого к седлу 9 упругим элементом 11; демпфирующую камеру 12, отделенную от полости 4 низкого давления стенкой 13 корпуса 1 с соединительным отверстием 14 в ней, расположенным соосно центральному каналу 5 и соединяющим полость 4 низкого давления с демпфирующей камерой 12; чувствительный элемент 15 в виде заделанной в корпус мембраны 16, образующей другую стенку демпфирующей камеры 12 и взаимодействующей с элементом задания 17; элементом задания 17; при этом толкатель 6 установлен с возможностью осевого перемещения в корпусе 1 и связывает чувствительный элемент 15 с запорным органом 10. Кроме того, толкатель 6 проходит через соединительное отверстие 14 в стенке 13 корпуса 1 с зазором, а в зоне центрального канала 5 выполнен с участком уменьшающегося по направлению к запорному органу 10 поперечного сечения.

Выходной канал 7 сообщается непосредственно с центральным каналом 5 и расположен под углом к нему, при этом вход в соединительное отверстие 14, центральный 5 и выходной 7 каналы сопрягаются, а плоскость 18 перехода участка толкателя 6 с постоянным поперечным сечением в участок переменного поперечного сечения расположена за соединительным отверстием 14. Часть входа в выходной канал 7 перекрывается участком толкателя 6 с постоянным поперечным сечением, при этом площадь входа в выходной канал 7 уменьшается, а в перекрытом толкателем 6 участке входа в выходной канал 7, расположенным непосредственно за соединительным отверстием, образуется область эжекции 19.

Толкатель 6 в зоне центрального канала 5 может быть выполнен с коническим участком или с участком, имеющим в продольном сечении форму четверти эллипса, одна ось которого параллельна оси толкателя 6, а диаметр соединительного отверстия 14 в стенке корпуса 13 предпочтительно равен диаметру центрального канала 5, который по меньшей мере частично, на участке седла 9, выполнен с коническим сужением в направлении к запорному органу 10.

Полость 2 высокого давления и регулирующий дроссель 8 расположены в подводящем штуцере 20.

Седло 9 может быть выполнено зацело с корпусом 1 (на чертеже не показано). При этом в корпусе выполнен канал, соединяющий полость 2 высокого давления с вспомогательным каналом 21, или седло 9 может быть выполнено в виде втулки, зажатой между корпусом 1 и подводящим штуцером 20, а в седле 9 выполнен канал 22, соединяющий полость 2 высокого давления через отверстие 23 в корпусе 1 с вспомогательным каналом 21, на выходе которого установлен, например, манометр высокого давления.

Вспомогательные каналы канал 21, подводящий газ к манометру высокого давления, канал 24 к манометру низкого давления и канал 25 к предохранительному клапану, выполнены в корпусе 1 в одной плоскости с выходным каналом 7.

Причем мембрана 16 чувствительного элемента 15 может быть выполнена составной по меньшей мере из двух пластин, между которыми образована герметичная демпфирующая полость 26.

Регулятор работает следующим образом.

Поток газа из входного канала 3 через входной фильтр 28 поступает в полость 2 высокого давления и через регулирующий дроссель 8 проходит в полость 4 низкого давления, где после плавного расширения в конической части центрального канала 5 и посредством поверхности толкателя 6 с плавно изменяющимся поперечным сечением изменяет свое направление и поступает в выходной канал 7. При этом газ может совершать движение в зазоре между толкателем 6 и соединительным отверстием 14 в стенке корпуса 13. Этот зазор по существу является демпфирующим дросселем, и с задержкой по времени увеличивает или уменьшает давление в демпфирующей камере 12 в соответствии с давлением газа в полости 4 низкого давления. Газ также поступает во вспомогательные каналы 24 и 25 и подается к манометру низкого давления и предохранительному клапану соответственно, а также из полости 2 высокого давления через канал 22, выполненный в седле 9 и отверстие 23 в корпусе 1 поступает во вспомогательный канал 21, соединенный с манометром высокого давления.

В процессе работы регулятора сила элемента 17 задания с одной стороны и сила упругого элемента 11, а также сила, обусловленная давлением газа в демпфирующей камере 12 на чувствительный элемент 15 с другой стороны уравновешиваются, а величина зазора между запорным органом 10 и седлом 9 регулирующего дросселя 8 зависит от расхода газа регулятора. При изменении расхода газа равновесное состояние регулятора нарушается, и после переходного процесса регулятор устанавливается в другое устойчивое состояние.

При переходных процессах в полости 4 низкого давления возникают вынужденные противофазные колебания давления газа, частота которых равна частоте резонансных колебаний системы подвижных элементов регулятора (элемент задания 17, упругий элемент 11, мембрана 16, толкатель 6, запорный элемент 10).

Параметр регулятора величина зазора между толкателем 6 и соединительным отверстием 14 выбирается в соответствии с выражением
D^у k x P/Q
где D^у минимальный условный диаметр зазора между толкателем и соединительным отверстием (то есть диаметр цилиндрического отверстия, площадь сечения которого равна минимальной площади сечения зазора), м;
Р максимальное давление в полости высокого давления (давление на входе регулятора), Па;
Q максимальный расход газа на выходе регулятора, м³/с;
k коэффициент, k (0,03-1,93) х 10^-12, схм⁵/г.

Параметры регулятора, удовлетворяющие требованию устойчивости регулирования, позволяют также увеличить в общем уровень демпфирования регулятора, то есть позволяют резко уменьшить уровень воздействия колебаний давления газа, вызванных не только колебательными свойствами подвижной системы регулятора, но и другими причинами.

При больших расходах газа применяется дополнительное демпфирование с помощью составной мембраны 16, выполненной по меньшей мере из двух пластин, между которыми образована герметичная демпфирующая полость 26, при этом демпфирование происходит за счет накопления энергии при деформации мембран 16 и сжатии воздуха в демпфирующей полости 26 при увеличении давления газа в демпфирующей камере 12 и возврата этой энергии при снижении этого давления.

В процессе истечения газа из полости 4 низкого давления в выходной канал 7 через вход в выходной канал 7, частично перекрытый толкателем 6, в области эжекции 19, ограниченной поверхностью толкателя 6, частью перекрытого им входа в выходной канал 7 и общей линией сопряжения соединительного отверстия 14, центрального 5 и выходного 7 каналов, в области 19 уменьшается давление газа в зависимости от расхода газа, что приводит к уменьшению давления в демпфирующей камере 12 и к компенсации изменения силы элемента 17 задания, вызванного изменением зазора в регулирующем дросселе 8 при изменении расхода газа, при этом давление газа на выходе регулятора стабилизируется.

То, что сочетание всех отличительных признаков формулы изобретения приводит к достижению указанных выше технических результатов, было установлено экспериментальным путем на изготовленных опытных образцах.

За счет того, что толкатель 6 выполнен с участком уменьшающегося по направлению к запорному органу поперечного сечения, начинающимся за соединительным отверстием 14, а выходной канал 7 прилегает непосредственно ко входу в соединительное отверстие 14 без дополнительных элементов, сочетанием простых конструктивных элементов и их конфигурацией удалось создать эжекцию и демпфирование.

Уровень демпфирования зависит от величины зазора между толкателем 6 и соединительным отверстием 14. Этот параметр подобран экспериментально, и установлено, что устойчивая работа регулятора наблюдается в определенном диапазоне параметров регулятора.

При выполнении зазора соответствующим коэффициенту k < 0,03 x 10^-12 cxм⁵/кг наблюдались перерегулирования выходного давления и замедленное установление его заданой величины, а при величинах k > 1,93•10^-12c•м⁵/кг повышалась неустойчивость работы регулятора вплоть до автоколебаний.

Соединение выходного канала 7 непосредственно с центральным каналом 5, а также прилегание входа в выходной канал ко входу в соединительное отверстие 14, помимо создания эжекционной области 19 позволяет существенно уменьшить объем полости 4 низкого давления за счет уменьшения ее радиального размера, что приводит к уменьшению радиального габарита и металлоемкости регулятора в целом.

Описанная конструкция имеет минимальное газодинамическое сопротивление, так как пересечение выходного 7 и центрального 5 каналов расположено непосредственно у регулирующего дросселя 8, при этом каналы от регулирующего дросселя 8 до выхода регулятора имеют минимальную длину, что обеспечивает повышенную точность регулирования и получение повышенной пропускной способности при минимальных габаритах регулятора.

То, что часть толкателя 6 на участке центрального канала 5 имеет переменное поперечное сечение, и при этом сечение толкателя 6 на этом участке увеличивается по направлению ко входу в выходной канал 7, позволяет плавно изменить направление потока газа и направить его в выходной канал 7 регулятора, обеспечивая при этом дополнительную эжекцию, то есть повышая точность регулирования.

То, что толкатель 6 на участке соединения полости 4 низкого давления с выходным каналом 7 имеет конусную поверхность, позволяет при существенном повышении точности регулирования конструктивно упростить толкатель 6.

Выполнение толкателя 6 на участке соединения полости 4 низкого давления с выходным каналом 7 в виде тела вращения с образующей в виде четверти эллипса, одна ось которого совпадает с осью толкателя, усиливает эффект эжекции и уменьшает газодинамическое сопротивление в центральном канале 5 за счет плавного изменения направления потока на 90 град. обеспечиваемого формой образующей толкателя 6, начало которой параллельно оси толкателя 6, а конец перпендикулярен этой же оси.

Степень эжекции определяется формой поверхности центрального канала 5 и толкателя 6 на участке пересечения полости 4 низкого давления и выходного канала 7 и местом расположения плоскости 18 перехода постоянного поперечного сечения толкателя 6 в переменное на этом участке.

Экспериментально установлено, что максимальная степень эжекции из демпфирующей камеры 12 наблюдается при выполнении толкателя 6 на участке соединения полости 4 низкого давления с выходным каналом 7 в виде тела вращения с образующей в виде одной четверти эллипса и при расположении плоскости 18 перехода ниже входа в соединительное отверстие 14 примерно на одну четверть диаметра выходного канала 7. При этом не наблюдалось перекомпенсации (увеличения одного выходного давления при увеличении расхода газа), что могло бы привести к неустойчивости регулирования.

Выполнение центрального канала 5 и соединительного отверстия 14 в виде одного цилиндра с постоянным диаметром позволяет при сохранении достигаемых технических результатов существенно упростить конструкцию регулятора и уменьшить его габариты, а следовательно и металлоемкость.

Выполнение части внешней поверхности центрального канала 5 на участке от запорного органа 10 до пересечения с выходным каналом 7 в виде конуса обеспечивает плавное расширение потока газа на входе в полость 4 низкого давления, что исключает его завихрения при дальнейшем изменении направления движения в полости 4 низкого давления и выходном канале 7, а также уменьшает возмущающие воздействия на подвижную систему и тем самым повышает устойчивость и точность регулирования.

То, что вспомогательные каналы 21,24 и 25 выполнены в одной плоскости с выходным каналом 7, позволяет уменьшить размеры регулятора и следовательно уменьшить его металлоемкость.

Расположение полости 2 высокого давления и регулирующего дросселя 8 в подводящем штуцере 20 позволяет уменьшить суммарный объем внутренних полостей, находящихся под воздействием высокого давления, и уменьшить осевой размер корпуса 1, что позволяет уменьшить металлоемкость регулятора.

Регулятор имеет повышенную точность и стабильность регулирования, простую конструкцию, пониженную металлоемкость и повышенную устойчивость регулирования за счет выбора оптимальной конфигурации и расположения элементов, при этом без дополнительных конструктивных элементов выполняются функции демпфирования и эжекции.

Изобретение использовано в опытных образцах баллонных одноступенчатых редукторов пропановом типа БПО-5 и ацетиленовом типа БАО-5, разработанных СП "КРАСС" г. Санкт-Петербург. Типовые-сравнительные испытания редукторов типа БПО-5 СП "КРАСС" и серийно выпускаемых редукторов типа БПО-5-2 производства Барнаульского аппаратно-механического завода (БАМЗ) показали, что масса редуктора БПО-5 СП "КРАСС" составляет не более 0,7 кг при массе 1,6 кг у редуктора БПО-5 производства БАМЗ.

Изменение давления на выходе редуктора при изменении расхода газа от максимального до минимального значений у редуктора БПО-5 СП "КРАСС" составило в среднем 0,26 кгс/см², а у редуктора БПО-5-2 производства БАМЗ 0,48 кгс/см².

Испытания показали, что у редуктора СП "КРАСС" при более чем в два раза меньшей массе, чем у редуктора БАМЗ и меньшем количестве деталей, точность регулирования в два раза выше.

При этом регулятор, разработанный СП "КРАСС", имеет более высокую устойчивость регулирования и повышенную по сравнению с аналогами безопасность.

Изобретение относится к автоматическому регулированию и может быть использовано в различных отраслях машиностроения для регулирования давления газа. Цель изобретения - повышение точности, стабильности и устойчивости регулирования, уменьшение металлоемкости. Регулятор содержит корпус 1, полость 2 высокого давления, входной канал 3, полость 4 низкого давления, центральный 5, выходной 7 и вспомогательные каналы, толкатель 6, регулирующий дроссель 8, состоящий из седла 9 и запорного органа 10, поджатого к седлу 9 упругим элементом 11, демпфирующую камеру 12, отделенную от полости 4 низкого давления стенкой корпуса 13 с соединительным отверстием 14 в ней, расположенным соосно центральному каналу 5 и соединяющим полость 4 низкого давления с демпфирующей камерой 12, чувствительный элемент 15 в виде заделанной в корпус мембраны 16 и взаимодействующей с элементом задания 17. Толкатель 6 связывает чувствительный элемент 15 с запорным органом 10 и проходит через соединительное отверстие 14 в стенке корпуса 13 с зазором, а в зоне центрального канала 5 выполнен с участком уменьшающегося по направлению к запорному органу 10 поперечного сечения. Вход в выходной канал 7 прилегает непосредственно ко входу в соединительное отверстие 14. Полость 2 высокого давления и регулирующий дроссель 8 расположены в подводящем штуцере 20. Чувствительный элемент 15 может быть выполнен в виде мембран 16, между которыми образована герметичная демпфирующая полость 26. Регулятор имеет повышенную точность и стабильность регулирования, простую конструкцию и пониженную металлоемкость, повышенную устойчивость регулирования за счет выбора оптимальной конфигурации и расположения элементов, при этом без дополнительных конструктивных элементов выполняются функции демпфирования и эжекции. 9 з.п. ф-лы, 3 ил.

1. Регулятор давления газа, содержащий корпус, полость высокого давления, соединенную с входным каналом, полость низкого давления, соединенную с выходным каналом и образующую центральный канал, регулирующий дроссель, соединяющий полости высокого и низкого давления и состоящий из седла в корпусе и запорного органа, поджатого к седлу упругим элементом, демпфирующую камеру, отделенную от полости низкого давления стенкой корпуса с соединительным отверстием в ней, расположенным соосно с центральным каналом и сообщающим полость низкого давления с демпфирующей камерой, чувствительный элемент в виде заделанной в корпус мембраны, образующей другую стенку демпфирующей камеры и взаимодействующей с элементом задания, толкатель, установленный с возможностью осевого перемещения в корпусе и связывающий чувствительный элемент с запорным органом, причем толкатель проходит через соединительное отверстие с зазором, а выходной канал сообщается непосредственно с центральным каналом и расположен под углом к нему, а также подводящий штуцер и вспомогательные каналы, отличающийся тем, что толкатель в зоне центрального канала выполнен с участком уменьшающегося по направлению к запорному органу поперечного сечения, начинающимся за соединительным отверстием, вход в выходной канал прилегает непосредственно к входу в соединительное отверстие, а параметры регулятора связаны соотношением
D_у k(P/Q),
где D_у минимальный условный диаметр зазора между толкателем и соединительным отверстием (т. е. диаметр цилиндрического отверстия, площадь сечения которого равна минимальной площади сечения зазора), м, Р - максимальное давление в полости высокого давления, Па, Q максимальный расход газа в выходном канале регулятора, м³/с, k (0,03 - 1,93)•10^-12, коэффициент. 2. Регулятор по п.1, отличающийся тем, что толкатель в зоне центрального канала выполнен с коническим участком. 3. Регулятор по п.1, отличающийся тем, что толкатель в зоне центрального канала выполнен с участком, имеющим в продольном сечении форму четверти эллипса, одна ось которого параллельна оси толкателя. 4. Регулятор по любому из пп.1 3, отличающийся тем, что центральный канал на участке седла по меньшей мере частично выполнен с коническим сужением в направлении к запорному органу. 5. Регулятор по п.1, отличающийся тем, что диаметр соединительного отверстия в стенке корпуса равен диаметру центрального канала. 6. Регулятор по п.1, отличающийся тем, что полость высокого давления и регулирующий дроссель расположены в подводящем штуцере. 7. Регулятор по пп.1 и 6, отличающийся тем, что седло выполнено в виде втулки, зажатой между корпусом и подводящим штуцером, и в седле выполнен канал, соединяющий полость высокого давления через отверстие в корпусе с одним из вспомогательных каналов. 8. Регулятор по пп.1 и 6, отличающийся тем, что седло выполнено зацело с корпусом и в корпусе выполнен канал, соединяющий полость высокого давления с одним из вспомогательных каналов. 9. Регулятор по п.1, отличающийся тем, что вспомогательные каналы выполнены в корпусе в одной плоскости с выходным каналом. 10. Регулятор по п.1, отличающийся тем, что мембрана чувствительного элемента выполнена составной по меньшей мере из двух пластин, между которыми образована герметичная демпфирующая полость.