Регулятор давления Советский патент 1980 года по МПК G05D16/10 

1

Изобретение относится к гидроаппаратуре объемного промышленного гидропривода, а именно к регулирующим устройствам, иредиазначенным для снижения давления в магистрали, связанной с выходной полостью, по сравнению с давлением в магистрали, связанной с входной полостью, и может быть использовано в гидрофицированных машинах различных отраслей техники.

Известиы регулирующие устройства с серводействием, содержащие входную и выходную полости, разделяемые иеремычкой, клапан с механизмом настройки и подпружиненный плунжер с расположенным в выходной полости консольным рабочим пояском. Кромка этого пояска в сопряжении с кромкой перемычки образует неременный дроссель на иути основного потока рабочей жидкости 1.

Наиболее близким но техиической сущности к изобретению является регулятор давления, содержащий корпус с установленным в нем регулирующим органом в виде подпружиненного плунжера, надплунжерная полость которого соединена каналом с выходной полостью и через клапан со сливом 2.

Недостатком известного регулирующего устройства является то, что статическая характеристика, представляющая собой зависимость редуцированного давления от величины потока и от разности подводимым и редуцированным давлениями,

5 из-за наличия осевой составляющей реактивиой гидродинамической силы, неудовлетворительна - (в идеале редуцированное давление не должно зависеть от величины потока и от разности между подводимым и

10 редуцироваиным давлениями).

Кроме того, когда величина иотока превышает номинальное значение, на которое рассчитано известное регулирующее устройство, осевая составляющая гидродинамической силы может возрасти настолько, что иреодолеет усилие пружины, и плунжер полностью прекращает поступление жидкости из входной полости в выходную, т. е. регулирующее устройство практическп перестает работать. Наличие неуравновешенной осевой реактивной гидродинамической силы ограничивает область применения и сиижает надежиость работы регулирующего устройства.

25 Цель изобретения - повышение иадежности и точности работы и расширение области применения регулятора.

Эта цель достигается тем, что в предложенном регуляторе на части плунжера,

30 расположенной в выходной полости, выполнен кольцевой выступ, а соответствующая поверхность выходной полости вынолнена конической.

Кроме того, плунжер установлен с зазором между торцом коннческой поверхности выходной нолости н торцом кольцевого выстуна нлунжера, а площадь зазора между коннческой поверхностью н кольцевым выступом нлунжера определяется нз соотношения

/ лк

Па фиг. 1 показан предлагаемый регулятор давления, плунжер в исходном положении; на фиг. 2 - то же, плунжер в рабочем положении; на фиг. 3 - продольный разрез регулятора давления во ввертном исполнении, плунжер в исходном положении; на фиг. 4 - то же, плунжер в рабочем положении. Регулятор давления (фиг. 1 и 3) содержит корпус (во ввертном исполнении - втулку) 1 с расположенными в нем входной полостью 2 и выходной полостью 3 (во ввертном исполнении выходная полость 3 образуется между торцом втулки 1 и расточкой панели, в которую ввернута втулка).

Полости 2 и 3 разделены перемычкой 4. В расточках корпуса (втулки) 1 установлены седло 5 и плунжер 6 с расположенным в выходной полости рабочнм пояском 7, рабочая кромка которого в сопряжении с кромкой перемычки 4 образует переменный зазор 8 на пути основного потока. В плунжере выполнено демпферное отверстие 9.

Над плунжером 6 установлена пружина 10. В корнусе (втулке) 1 установлены также стакан 11, внутри которого размещены клапан 12, пружина 13 н регулировочный винт 14. На рабочем пояске плунжера имеется кольцевой выступ, конструктивно выполненный в виде шайбы 15, закрепленной на плунжере стопорным кольцом 16. Соответствующая кольцевому выступу поверхность 17 выходной полости выполнена конической и составляет в сопряжении с кольцевым выступом 15 при подъеме плунжера 6 (см. фиг. 2 и 4) зазор 18 на пути основного потока, расположенный по потоку ниже переменного зазора 8.

Во ввертном исполнении коническая поверхность выходной полости выполнена во втулке 1.

В исходном положении (фиг. 1 и 3), когда плунжер 6 отжат в крайнее нижнее поломсение пружиной 10, между торцом конического участка выходной полости и обращенным к нему торцом кольцевого выступа 15 имеется торцевой зазор 19, достаточный для свободного пропуска основного потока. Входная полость 2 сообщена с отверстием подвода 20, выходная полость 3 - с отверстием отвода 21, а надклапанная полость 22 клапана 12 -со сливным отверстием 23. В регуляторах давление ввертного исполнения на наружной поверхности | тулки 1 вьгполнены кольцевая канавка, образую1цая иолост, 24, сооб1ценну1о радиальными отверстиями 25 с входной камерой 2 н связанная с отверстием подвода 20 в корпусе панели, а также кольцевая канавка, образующая полость слива 26 из клапана 12, сообщенная нродольным отверстием 27 и радиальным отверстием 28 с надклапанной полостью 22 клапана 12 и со сливным отверстием 23 в корпусе панели. Выходная полость 3 сообщена с отверстием отвода 21 в корпусе панели.

Работает регулятор давления следующим образом.

Поток рабочей жидкости через отверстия подвода 20 поступает во входную полость 2. Далее через переменный зазор 8, конический участок 17 выходной полости и торцевой зазор 19 поток попадает в выходную полость 3, а оттуда через отверстие отвода 21 поступает к исполнительному органу гидропривода. Давление из полости 3 через

демпфер 9 подведено в подклапанную полость клапана 12.

Пока давление в нолости 3 меньше давления настройки, создаваемого пружиной 13 клапана 12, поток свободно, с минимальным (предусмотренным технической характеристикой) сонротивлением проходит к исполнительному органу гидропривода, а так как плунжер 6 отжат пружиной 10 в крайнее нижнее положение, переменный зазор 8 и торцевой зазор 19 имеют максимальное значение.

Когда давление в полости 3 становится больше величины, на которую настроен клапан 12, последний открывается. Часть

потока рабочей жидкости через демпфер 9 и открытый клапан 12 поступает в полость 22, откуда через отверстие 23 сливается в бак. Из-за наличия потока на демпфере 9 возникает перепад давлений. Произведение

этого перепада давлений на плошадь поперечного сечения плунжера 6 дает силу Р, стремящуюся поднять плунжер 6 вверх (по чертежу) и сжать пружину 10. Когда сила Р становится больше силы предварительного сжатия пружины 10, плунжер 6 поднимается вверх (см. фиг. 2 и 4). В результате уменьшается проходное сечение переменного зазора 8 и кольцевой выступ 15 входит в конический участок 17 выходной полости,

образуя дополнительно переменный зазор 18 на пути основного потока.

При этом поток рабочей жидкости дросселируется как на переменном зазоре 8 (преимушественно), так и частично на зазоре 18 между конической поверхностью и кольцевым выступом, благодаря чему давление в полости 3 меньше давления в полости 2, т. е. происходит редуцирование давления. Поднимаясь, плунжер 6 не дает давлению в полости 3 подняться выше величины, на которую настроен клапан 12, независимо от давления в полости 2. При увеличении разницы между подводимым и редуцированным давлениями (из-за увеличения подводимого давления или уменьшения настройки редуцированного давления) плунжер 6 поднимается выше и в большей .степени дросселирует поток рабочей жидкости. При уменьшении разницы между подводимым и редуцированным давлениями плунжер 6 опускается ниже и в меньшей степени дросселирует иоток рабочей жидкости. Но во всех случаях перемешение плунжера 6 происходит до тех иор, пока суммарное сопротивление на переменном зазоре 8 и зазоре 18 не создает необходимую разницу между подводимым и редуцированным давлениями.

Когда давление в полости 3 становится меньше величины, на которую настроен клапан 12, последний закрывается. Поток рабочей жидкости через демпфер 9 прекращается, и перепад давлений на демифере исчезает. Давления с обоих торцов плунжера 6 выравниваются, н пружина 10 возврашает его в нижнее положение, открывая свободный проход потоку к исполнительному органу.

Как указывалось, в режиме редуцирования поток рабочей жидкости дросселируется не только в переменном зазоре 8, но частично и в зазоре 18 между конической поверхностью и кольцевым выступом. В результате в зазоре 18 возникает перепад давлений, произведение которого на площадь кольцевого выступа 15 дает гидростатическую силу Т, направленную в ту же сторону, и что и сила П пружины 10. Сила Т зависит от величины перепада давлений в зазоре 18, который, в свою очередь, зависит от величины потока. Следует отметить, что в неременном зазоре 8 тоже возникает перепад давлений. Но этот перепад не создает гидростатической осевой силы, односторонне действующей на., плунжер. Диаметры части плунжера, расположенной в выходной полости, и направляющей части плунжера 6 одинаковы, поэтому гидростатические силы, возникающие от воздействия давления на участке между полостью 2 и переменным зазором 8 и действующие на плунжер, взаимно уравновешиваются.

На плунжер 6 в регуляторе давления, как и в известных регуляторах, в осевом направлении действуют сила Р, возникающая от перепада давлений на демпфере 9, осевая составляющая D, реактивной гидродинамической силы, возникающей на переменном дросселе 8, и сила Я пружины 10. Кроме того, на плунжер 6 в предлагаемом регуляторе (в отличпе от известных) в осевом направлении действу-ет сила Т, возникающая от перепада давлений на дополнительно введенном зазоре 18. Таким образом, условие равновесия плунжера в

предлагаемом клапане выражается зависимостью

P + D n + T.(1)

Следовательно, если в известных регулирующих устройствах вредное влияние на работу регулятора силы D (описанное выще) ничем не компенсируется, то в предлагаемом регуляторе давления это вредное

влияние компенсируется силой Т. Причем зависимость сил /) и Т от величины потока носит приблизительио одинаковый характер. Благодаря этому при правильно подобранных размерах и форме зазора 18 удается добиться того, чтобы силы D и Г практически полностью уравновешивались во всех режимах.

Форма и размеры зазора 18 подбираются из условия, чтобы сила Т, возникающая от

перепада давлеиий в зазоре, была всегда равна осевой составляющей D реактивной гидродинамической силы, возникающей в зазоре 8. Для этого используются известные зависимости для истечения жидкости через

дроссельные щели (см., например, Т. М. Бащта «Расчеты и конструирование самолетных гидравлических устройств, Оборонгиз, 1961, стр. 44) и для определения реактивных гидродинамических снл в

плунжерах (см. там же, стр. 224). Используя эти известные зависимости и условие равновесия сил Т и D, получаем

,(2)

где / - площадь зазора между конической поверхностью 17 выходной полости и кольцевым выступом 15;

А - постоянный коэффициент; X - ход плунжера в интервале: от начала в.хода кольцевого выступа в конический участок выходной полости до перекрытия переменного зазора 8, т. е. конца хода плунжера X.

При выводе выражения (2) получается следующая зависимость для коэффициента А

1 1/ dfa

-V

(3)

cos а .1А г 2.ер

где |х - коэффициент расхода; d - диаметр плунжера 6; /1 - площадь кольцевого выступа 15; 7 - удельный вес рабочей жидкости; р - плотность рабочей жидкости; . g - ускорение силы тяжести;

а - угол наклона потока рабочей жидкости, проходящего через переменный зазор 8, к оси плунжера 6.

Таким образом, вредное влияние осевой составляющей реактивной гидродинамической силы, возникающей на переменном зазоре 8, в регуляторе давления устраняется за счет того, что создается уравновещивающая ее сила на кольцевом выступе 15,