РЕДУКТОР ДАВЛЕНИЯ ГАЗА Российский патент 2023 года по МПК G05D16/06 

Изобретение относится к автоматическим устройствам регулирования давления газа и может быть использовано в ракетостроении и энергетическом машиностроении.

Известны редукторы давления газа, состоящие из корпуса с входным патрубком высокого давления и выходным патрубком низкого давлений, клапана, седла клапана, регулирующего винта, основной пружины, дросселирующего сечения, сильфона, штока, пружины в полости высокого давления (см. Рис. 9.7а, стр. 438 «Жидкостные ракетные двигатели. Основы проектирования.», автор М.В. Добровольский, Москва, Издательство МГТУ им Н.Э. Баумана, 2005 г.). Приведенный редуктор давления газа обратного действия применяется для ракетного двигателя с вытеснительной системой подачи. В процессе эксплуатации при высоких давлениях газа такая конструкция редуктора имеет следующие недостатки:

- при больших расходах возникают колебания газа;

- сильфон теряет устойчивость из-за подачи газа внутрь сильфона (сильфон работает на растяжение, что не рекомендуется ГОСТом) с изменением характеристики и уменьшением гарантийного срока работоспособности;

- при первом срабатывании, бросковом расходе газа высокого давления из шар-баллона, сильфон растягивается свыше допустимого;

- при высоких давлениях рабочего тела приходится применять пружины из проволоки диаметра более 6 мм, которые влияют и меняют характеристику редуктора в процессе эксплуатации, требуется расширять пределы регулируемого выходного давления, а при больших диаметрах более 12 мм довольно сильно.

Известен редуктор давления газа высокого давления (см. патент RU 2619146, который предлагает газовый редуктор, содержащий корпус с входным патрубком для подачи газа, в котором герметично установлена гильза с запорным седлом, внутри которой находится подвижный клапан, поджатый к седлу гильзы запорной пружиной. Герметичность запирания подвижного клапана обеспечивается пластиковой вставкой, завальцованной в тело клапана. В редуктор так же установлены: крышка (чувствительный элемент, воспринимающий перепад между давлением на выходе редуктора и атмосферным или давлением, относительно которого поддерживается выходное давление редуктора), регулировочная пружина, крышка и нажимная гайка. Установленный в крышке редуктора чувствительный элемент состоит из металлического гофрированного сильфона с герметично установленными заглушкой и бандажной втулкой с резиновым уплотнением, при этом регулировочная пружина расположена внутри сильфона и опирается одним концом на заглушку сильфона - чувствительного элемента, а другим концом -на нажимную гайку. Кроме того, в патенте особо подчеркивается, что регулировочная пружина располагается внутри сильфона, вследствие чего воздействующий на него перепад давления работает на сжатие, а не на растяжение сильфона, что увеличивает его нагрузочную способность.

Однако этот редуктор не избавлен от колебаний регулируемого давления при больших расходах газа, а также от сжатия сильфона свыше допустимого при первом срабатывании при бросковом расходе газа высокого давления из шар-баллона. Кроме этого, также происходит изменение характеристики редуктора от применения пружин, изготовленных из проволоки большого диаметра. Характеристика пружины меняется при срабатываниях от деформации корпуса, вибраций и от больших усилий пружины, так как постепенно исчезают зазоры в контактирующих деталях и сборках: от перекосов, не плоскостности и т.д. поверхностей изготовленных деталей редуктора. Необходимо поднастраивать редуктор, вращая нажимную гайку, сжимая и разжимая пружину, что для мощных пружин требует много времени, так как необходима проверка промежуточными испытаниями и дополнительных средств, например, при испытаниях на гелии. На мощной пружине при поднастройке для изменения усилия на несколько ньютонов уже сжатой пружины требуется поворот гайки на доли градуса, что не так-то просто выполнить, настройка получается грубой, поэтому идут на расширение пределов регулируемого выходного давления.

Целью предлагаемого изобретения является создание редуктора для ЖРД со стабильной характеристикой, работающего на высоких давлениях рабочего тела без расширения пределов регулируемого выходного давления и без колебаний регулируемого давления при больших расходах газа, и на который не влияют бросковые расходы газа при первом срабатывании из шар-баллона высокого давления.

Предлагаемый редуктор давления газа состоит из уже известных сборочных единиц и деталей в редукторе прототипе: корпуса с выходным наконечником, входного наконечника с фильтром; вспомогательной пружины, поджимающего клапан - шарик к толкателю, седла, чувствительного элемента, работающего на сжатие в виде сильфона с заглушкой, на которую опирается толкатель, проставки, жестко соединенной с корпусом, регулировочной пружины, установленной внутри сильфона, настроечного винта. Поставленная цель достигается тем, что в редукторе дополнительно установлена силовая пружина и демпфер трения, а также ограничивается ход сильфона при сжатии. Для этого на проставке в центре выполнено отверстие, в котором установлен демпфирующий элемент - демпфер трения, обжимающий толкатель для гашения колебаний от подвижных элементов редуктора. Силовая пружина установлена в корпус на опорной тарели снаружи сильфона, внутри которого находится регулировочная пружина, сжатая винтом на резьбе корпуса на определенное расчетное усилие, и в дальнейшем не регулируется. Силовая и регулировочная пружины поджимают заглушку, имеющимися опорами к проставке, а на проставке в сторону сильфона выполнены ограничители хода, которые взаимодействуют с опорами на заглушке при сжатии сильфона и ограничивают его сжатие на допустимую величину. Необходимое суммарное усилие для характеристики получают настроечной пружиной в процессе изготовления редуктора регулировочным винтом, после совместной стабилизации установленной силовой пружины и сильфона.

Сущность изобретения поясняется чертежом Фиг. 1. На Фиг. 1, представлен редуктор давления газа.

Редуктор давления газа содержит корпус 1 с выходным наконечником 2 и установленном на нем входным наконечник 3 с фильтром 4 через который рабочее тело высокого давления проходит к седлу 5, которое перекрывается клапаном - шариком 6 при помощи вспомогательной пружины 7. В полости корпуса низкого давления, соединенного с выходным наконечником 2 жестко закреплена проставка 8 с корпусом 1, на которой в центре установлен демпфер трения 9, обжимающий толкатель 10. На проставке имеется ограничители хода 11 заглушки 13 на сильфоне 12, а на заглушке 13 выполнены опоры 14, которые при сжатии сильфона 12 сверх допустимого взаимодействуют с ограничителем хода 11. В полностью открытом положении редуктора заглушка 13 поджата опорами 14 к проставке 8 усилиями пружин: силовой 15, установленной снаружи сильфона 12 и регулировочной 16, поджатой настроечным винтом 19, которая находится внутри сильфона 12. Силовая пружина 15 сжата между заглушкой 13 и опорной тарелью 18 и винтом 17 на корпусе 1. Редуктор имеет крышку 20, которая приваривается к корпусу 1 после установки силовой пружины 15. Настройка редуктора происходит винтом 19 поджатием регулировочной пружины 16 в процессе изготовления редуктора после стабилизации сильфона и установленной силовой пружины на стенде подачей рабочего тела во входной наконечник 3 и получения на выходе в наконечнике 2 необходимого давления. После настройки устанавливают крышку 21.

Изобретение относится к автоматическим устройствам регулирования давления. Технический результат заключается в стабилизации выходного давления газа при бросковом расходе газа высокого давления. Технический результат достигается за счет ограничения сжатии сильфона, так как заглушка сильфона, которая центрируется и направляется цилиндрической поверхностью корпуса, дополнительно поджата к проставке, установленной на заглушке снаружи сильфона нерегулируемой силовой пружиной, а на проставке установлен демпфер трения, обжимающий толкатель, и имеются ограничители хода сильфона, взаимодействующие с опорами, выполненными на заглушке при сжатии сильфона. 1 ил.

Редуктор давления газа, включающий корпус с входным и выходным патрубками, фильтр, подпружиненный шарик, седло, чувствительный элемент - сильфон с заглушкой и внутри с регулировочной пружиной и винтом, проставку, установленную жестко в полости корпуса для опоры заглушки сильфона и толкателя, проходящего через седло и направляющее отверстие в проставке, отличающийся тем, что заглушка сильфона, которая центрируется и направляется цилиндрической поверхностью корпуса, дополнительно поджата к проставке, установленной на заглушке снаружи сильфона нерегулируемой силовой пружиной, а на проставке установлен демпфер трения, обжимающий толкатель, и имеются ограничители хода сильфона, взаимодействующие с опорами, выполненными на заглушке.