РЕГУЛЯТОР ДАВЛЕНИЯ ГАЗА Российский патент 1998 года по МПК G05D16/10 

Изобретение относится к двигателестроении, в частности, к газовым двигателям внутреннего сгорания, а более конкретно - к устройствам для регулирования давления топливного газа в газовых двигателях внутреннего сгорания.

Известно устройство для регулирования давления газа, содержащею первый регулятор, в корпусе которого установлен чувствительный элемент, связанный с регулирующим органом, и второй регулятор, в корпусе которого установлен чувствительный элемент, связанный с регулирующим органом, причем входная и выходная полости первого регулятора сообщены с входной и выходной полостями второго регулятора соответственно, в выходной полости второго регулятора установлен заборник, а чувствительный элемент первого регулятора выполнен в виде ступенчатого поршня, причем полость между его меньшей ступенью и большой ступенью, обращенной к выходной полости, сообщена с полостью заборника [1].

Однако известное устройство для регулирования давления газа обладает рядом существенных недостатков. Эти недостатки заключаются в том, что из-за отсутствия в конструкции полости разгрузочного устройства и полости атмосферного давления данное устройство не в состоянии обеспечить автоматическую подачу необходимого количества газа на всех режимах работы двигателя; кроме того, данное устройство не способно снижать давление газа до близкого к атмосферному независимо от давления газа в баллоне; и, наконец, обеспечивать прекращение подачи газа при кратковременной остановке двигателя, т.е. не может работать в качестве автоматического вентиля, отключающего двигатель от газовой магистрали во время его остановки.

Из известных двухступенчатых автоматических регуляторов давления газа наиболее близким по технической сущности и по достигаемому результату является газовый редуктор низкого давления, содержащий корпус с полостями высокого и низкого давления, полостями разгрузочного устройства и атмосферного давления с размещенными в них чувствительными элементами, нагруженными уравновешивающими пружинами, и регулирующие устройства давления газа [2].

Однако известные двухступенчатые автоматические регуляторы давления газа обладают рядом существенных недостатков. Эти недостатки заключаются в том, что наличие чувствительных элементов в виде диафрагм и клапанов высокого и низкого давления, а также систем тяг и рычагов делает конструкцию газового регулятора недостаточно надежной. Кроме того, с точки зрения конструкции диафрагмы из резины и ткани обладают нестабильной характеристикой и ограниченным ходом, что не обеспечивает требуемой точности и стабильности регулирования расхода газа на всех режимах.

Для повышения надежности и упрощения конструкции регулятора давления газа, а также повышение точности и стабильности регулирования расхода газа на всех режимах в известном регуляторе давления газа, включающем корпус с крышкой, полостями высокого и низкого давления, полостями разгрузочного устройства и атмосферного давления с размещенными в них чувствительными элементами, нагруженными уравновешивающими пружинами, и регулирующие устройства давления газа, полость высокого давления в верхней своей части образована выполненной в корпусе цилиндрической расточкой, внутри которой размещен чувствительный элемент в виде золотника, на наружной поверхности которого выполнена кольцевая проточка с радиальными каналами, а по оси - осевой канал, сообщенный с радиальными каналами. Золотник снабжен нажимной пружиной и регулировочным винтом, установленным в крышке. Цилиндрическая расточка своей внутренней полостью соединена с внутренней полостью высокого давления и для ограничения хода золотника выполнена с кольцевым выступом. Надзолотниковое пространство сообщено через выполненное в корпусе отверстие с атмосферой или наддувочным воздухом. Полость низкого давления выполнена в виде цилиндра с внутренней перегородкой, разделяющей внутреннюю полость на две дополнительные полости: верхнюю и нижнюю. В перегородке выполнена цилиндрическая расточка, внутри которой размещен соответственно чувствительный элемент, выполненный в виде золотника с поршнем, расположенным в нижней дополнительной полости. Золотник снабжен штоком с ограничителем и стержнем штока с упором, на наружной поверхности золотника выполнена кольцевая проточка с радиальными каналами, а по оси - осевой канал, сообщенный с радиальными каналами. Поршень выполнен в виде шайбы с осевым отверстием и снабжен нажимной пружиной. Нижняя внутренняя полость с помощью поршня дополнительно разделена на две полости в виде замкнутых цилиндров с изменяющимися объемами: полость разгрузочного устройства и полость атмосферного давления. Полость высокого давления через выполненный в корпусе и перегородке канал сообщена с цилиндрической расточкой в перегородке, а в корпусе выполнен впускной канал.

На чертеже схематично показано устройство регулятора давления газа.

Регулятор давления газа содержит корпус, выполненный в виде двух отдельных регуляторов 1 и 2 с внутренними полостями высокого и низкого давления соответственно.

Полость регулятора высокого давления 1 в верхней своей части выполнена в виде цилиндрической расточки 3, внутри которой размещен чувствительный элемент, представляющий собой золотник 4,на наружной цилиндрической поверхности которого имеется кольцевая проточка 5 с радиальными каналами 6, а по оси - осевой канал 7, сообщенный с радиальными каналами 6. Золотник 4 снабжен нажимной пружиной 8 и регулировочным винтом 9. установленным в крышке 10.

Расточка 3 своей внутренней полостью примыкает к внутренней полости высокого давления 11 и для ограничения хода золотника 4 снабжена кольцевым выступом 12. Надзолотниковое пространство 13 снабжено отверстием 14 для сообщений с атмосферой или системой наддувочного воздуха.

Полость регулятора низкого давления 2 выполнена также в виде цилиндра с внутренней перегородкой 15, разделяющей внутреннюю полость на две полости: верхнюю 16 и нижнюю 17. В перегородке 15 и в нижней цилиндрической полости 17 корпуса 2 второй ступени редуктора выполнены цилиндрические расточки 18 и 19, внутри которых соответственно размещены чувствительный элемент, выполненный в виде золотника 20 и поршня 21. Золотник 20 снабжен штоком 22 с ограничителем 23 и стержнем штока 24 с упором 25. На наружной поверхности золотника 20 выполнена кольцевая проточка 26 с радиальными каналами 27, а по оси - осевой канал 28, сообщенный с радиальным каналов 27.

Поршень 21 выполнен в виде шайбы с осевым отверстием, с помощью которого он устанавливается на штоке 22 в расточке 19 таким образом, при котором внутренняя полость 17 дополнительно разделяется на две полости в виде замкнутых цилиндров с изменяющимися объемами: верхнюю - полость разгрузочного устройства (вакуумную полость) 29 и нижнюю - полость атмосферного давления 30. Поршень 21 снабжен нажимной пружиной 31. Вакуумная полость 29 разгрузочного устройства через отверстие 32, вакуумные трубки и вакуумную полость дозирующего экономайзерного устройства сообщена с задроссельным пространством карбюратора (не показано). Полость атмосферного давления 30 через отверстие 33 постоянно сообщена с атмосферой или наддувочным воздухом. Стержень штока 24 снабжен пружиной 34, опорной шайбой 35, фиксатором 36, регулировочным ниппелем 37, колпачковой гайкой 38 и контргайкой 39.

Полость низкого давления 16 сбоку снабжена отверстием 40, с помощью которого через газопровод (не показано) при работе на сжиженном нефтяном газе подача топлива в карбюратор-смеситель в процессе пуска и на малых нагрузках осуществляется непосредственно из полости 16 второй ступени редуктора низкого давления. Полость 16 второй ступени редуктора низкого давления снабжено опорной пластиной 41 с расходомерными шайбами: мощностной 42 и экономичной 43 регулировки количества газа для установки дозирующего экономайзерного устройства (не показано). Полость высокого давления 11 через канал 44 сообщена с цилиндрической расточкой 18 в перегородке 15. Для подачи газа из газовой магистрали в полости высокого давления 11 регулятор 1 снабжен впускным каналом 45.

Работа осуществляется следующим образом.

В процессе пуска возникающее во впускном трубопроводе разряжение через вакуумные трубки и вакуумную полость дозирующего экономайзерного устройства (не показано) передается в вакуумную полость 29 разгрузочного устройства. Под действием разряжения, возникающего в полости 29, поршень 21 разгрузочного устройства, сжимая пружину 31, перемещается вверх вдоль штока 22 до упора в ограничитель 23 и разгружает золотник 20 второй ступени регулятора низкого давления от действия усилия, создаваемого пружиной 31. В результате действия разгрузочного устройства удержать золотник 20 в закрытом положении стремится лишь усилие, создаваемое пружиной 34.

Одновременно через выходное отверстие системы холостого хода (не показано) и газопроводы (не показано) разрежение, возникающее в задроссельном пространстве, через отверстия 40 и 42 передается в полость 16 второй ступени регулятора. В результате возникающего разрежения после срабатывания поршня 21 разгрузочного устройства золотник 20 перемещается вверх, вследствие чего кольцевая расточка 26 золотника 20 также переместится вверх и частично приоткроет впускной канал 44. Это происходит потому, что пружина 34 подобрана таким образом, что создаваемые ею усилия недостаточны для удержания золотника в закрытом положении.

Через открывающееся отверстие канала 44 в перегородке 15 газ по кольцевой проточке 26, радиальным 27 и осевому каналам 28 золотника 20 поступает в полость 16 второй ступени регулятора низкого давления. Необходимое давление в полости 16 второй ступени поддерживается золотниковым механизмом автоматически.

В случае повышения заданного давления в полости 16 золотник 20 перемещается вниз и кольцевая проточка 26 перекрывается до тех пор, пока давление в полости 16 не понизятся до заданного. Давление в полости 16 второй ступени регулятора регулируется путем изменения усилия сжатия пружины 34 с помощью регулировочного ниппеля 37 и гайки 38.

По мере роста нагрузки двигателя разрежение в полости 16 второй ступени регулятора низкого давления продолжает увеличиваться. Одновременно возрастает разрежение и в полости 29, создавая дополнительное осевое усилие от поршня 21 через ограничитель 23 на золотник 20 в сторону его открытия. Рост разрежения в полости 16 сопровождается увеличением перепада давлений в полостях 16 и 30, 16 и 11, что приводит к возникновению дополнительных усилий. Эти усилия действуют соответственно на золотник 20. Степень открытия кольцевой проточки 26 увеличивается, расход газа через каналы 27 и 28 возрастает. При этом разрежение в полости 11 первой ступени регулятора высокого давления 1 также возрастает, растет перепад давлений в полостях 11 и 13.

Возникающее усилие действует на золотник 4, перемещая его вниз вследствие чего степень открытия кольцевой проточки 5 первой ступени регулятора увеличивается. Это, в свою очередь, приводит к росту расхода газа через впускной канал 45, кольцевую проточку 5, радиальные 6 и осевой канал 7.

Дальнейшее возрастание нагрузки двигателя связано с увеличением степени открытия впускных каналов 45 и 44 первой и второй ступеней регулятора, что приводит к увеличению подачи газа. Давление в полости 16 второй ступени регулятора по мере открытия дроссельной заслонки и соответствующего увеличения разрежения в диффузоре-cмесителе (не показано) изменяется от избыточного, равного 100 Па, до разрежения порядка 200 Па. Это вызывает постепенное обеднение горючей смеси по мере возрастания нагрузки.

При работе двигателя на полной мощности, т.е. при полностью открытых дроссельных заслонках, впускные каналы 45 и 44 соответственно первой и второй ступеней регулятора и обратный клапан карбюратора-смесителя (не показан) также максимально открыта.

Использование: в двигателестроении, а более конкретно, в устройствах для регулирования давления топливного газа в газовых двигателях внутреннего сгорания. Сущность изобретения: полость регулятора высокого давления в верхней своей части выполнена в виде цилиндрической расточки, внутри которой размещен чувствительный элемент, выполненый в виде золотника, на наружной цилиндрической поверхности имеет кольцевую проточку с радиальными каналами, а по оси - осевой канал, примыкающий к радиальным каналам. Золотник снабжен нажимной пружиной и регулировочным винтом, установленным в крышке. Расточка своей внутренней полостью примыкает к внутренней полости высокого давления и для ограничения хода золотника снабжена кольцевым выступом. Полость регулятора низкого давления выполнена в виде цилиндра с внутренней перегородкой, разделяющей внутреннюю полость на две дополнительные полости - верхнюю и нижнюю. В перегородке и в нижней цилиндрической полости корпуса второй ступени редуктора выполнены цилиндрические расточки, внутри которых размещены соответственно чувствительный элемент, выполненный в виде золотника, и поршень. Золотник снабжен штоком с ограничителем и стержнем штока с упором. На наружной поверхности золотника выполнена кольцевая проточка с радиальными каналами, а по оси - осевой канал, сообщенный с радиальным каналом. Поршень выполнен в виде шайбы с осевым отверстием, с помощью которого он устанавливается на шток в расточке таким образом, при котором внутренняя полость дополнительно разделяется на две полости в виде замкнутых цилиндров с изменяющимся объемом - полость разгрузочного устройства и полость атмосферного давления, причем поршень снабжен нажимной пружиной, а полость высокого давления через канал сообщена с цилиндрической расточкой в перегородке. 1 ил.

Регулятор давления газа, содержащий корпус с крышкой, полостями высокого и низкого давления, полостями разгрузочного устройства и атмосферного давления с размещенными в них чувствительными элементами, нагруженными уравновешивающими пружинами, и регулирующие устройства давления газа, отличающийся тем, что полость высокого давления в верхней своей части образована выполненной в корпусе цилиндрической расточкой, внутри которой размещен чувствительный элемент в виде золотника, на наружной поверхности которого выполнена кольцевая проточка с радиальными каналами, а по оси - осевой канал, сообщенный с радиальными каналами, золотник снабжен нажимной пружиной и регулировочным винтом, установленным в крышке, внутренней полостью цилиндрическая расточка соединена с внутренней полостью высокого давления и выполнена с кольцевым выступом для ограничения хода золотника, надзолотниковое пространство сообщено выполненным в корпусе отверстием с атмосферой или с системой наддувочного воздуха, полость низкого давления выполнена в виде цилиндра с внутренней перегородкой, разделяющей внутреннюю полость на две дополнительные полости: верхнюю и нижнюю, в перегородке выполнена цилиндрическая расточка, внутри которой размещен чувствительный элемент, выполненный в виде золотника с расположенным в нижней дополнительной полости поршнем, золотник снабжен штоком с ограничителем и стержнем с упором, на наружной поверхности золотника выполнена кольцевая проточка с радиальными каналами, а по оси осевой канал, сообщенный с радиальными каналами, поршень выполнен в виде шайбы с осевым отверстием и снабжен нажимной пружиной, нижняя внутренняя полость с помощью поршня дополнительно разделена на две полости в виде замкнутых цилиндров с изменяющимися объемами: полость разгрузочного устройства и полость атмосферного давления, полость высокого давления через выполненный в корпусе и перегородке канал сообщена с цилиндрической расточкой в перегородке, а в корпусе выполнен впускной канал.