Регулятор давления Советский патент 1981 года по МПК G05D16/10 

Изобретение относится к пневмоавтоматике и может быть использовано в различных пневматических системах для понижения давления рабочей среды.

По основному авт.св. 741243 известен регулятор давления, содержащий корпус с входной и выходной полостями и с установленным в нем подпружиненным дросселирующим клапаном, соединенным серез толкатель с чувствительным элементом поршневого типа, связанным с регулируемой пружиной, причем седло клапана выполнено в виде подпружиненного в сторону чувствительного элемента двухступенчатого поршня, меньшая ступень которого обращена к входной, а большая - к выходной полостям l.

Недостатком известного регулятора является то, что в нем не предусмотрена возможность сброса рабочей среды при чрезмерном повьплении выходного давления.

Цель изобретения - повышение надежности за счет исключения повышения давления на выходе редуктора сверх допустимой величины.

Указанная цель достигается тем, что в чувствительном элементе выполнек канал с седлом, а в выходной полости установлен предохранительный клапан, связанный с толкателем дросселирующего клапана.

На фиг.1 представлен предлагаемый регулятор давления, разрез; на фиг.2вариант соединения предохранительного клапана с то.пкателем дросселирующего .клапана.

10

Регул.чтор давления состоит из корпуса 1 с входной 2 и выходной 3 полостями, выполненного в виде двухступенчатого nopiuKH, седла 4 с кана.пами 5 и 6, нагруженного пру.жиной 7 дрос15селирующего клапана 8 с толкателем 9, на другом конце которого закреплен предохранительный к.Лапан 10, перекрывающий канал 11 дополнительного седла 12, выполненного в поршневом

20 чувствительном элементе 13. Чувствительный элемент 13 может быть мембранным и нагружен рабочей пружиной 14, второй конец которой через тарель 15 взаимодействует с регулиро25вочным винтом 16. Между ступенями седла 4 и корпусом 1 образована полость 17, в которой размещена пружина 18, поднимающая сед.ло вверх. Торцовля поверхность меньшей ступени се30дла 4 обращена к входной полости 2,

а торцовая позерхкость большей ступени - к выходной полости 3 . Ч;/вствтельный элемент 13 закрыт стаканом 19. cTaKfiHOM и корпусом размещена -iiiocTaEKa . 2 О , Чувствительный эмент 13 имеет упор 21 с отверстиями 22, ограничивающий его сближение с седлом 4, ГЗ стака(е 19 выполнены лрнажные отверстия 23 для выхода в, атмосферу газа при ср)абатывании предохранительного клапана 10.

Предохранительный клапан 10 э варианте устройства, изображенном на Фиг.1, жестко скреплен с толкателем 9 дросселирующего клапана 8. На фиг показано крепление предохранительного клапгчна 10 к толкателк 9 с воз можностью их взаим 1ОГО осево1 о перемещения . lOianan 1 О цил-ндрическим углублс1 ием 1 ОГ1ии:н(но vrTni oBjiCH ма верхний конец толкатсля ;;о к буртик 24 на 1;ослел:., 3(x: ;чинa свободного OTHOcKTejri.Horij ходг; клапана 10 на :ол ателе 9 опрелеляется зазором между буртиком 24 : внутренним нижн1 М днищем о ;т-)аиичи1ел 1 -..- , скреплеьиюго с клапа.по:.;. Ьежду ,::..паном 10 и седлом ус;- а чс;;з;и.,л пружина 26 .

Регулятор работает с,:1ед, об-разом.

В исходном 1:о;;о ле; ии сс.:.;.ис;) 5 под действием ;1.у/лИ1(Ы 18 по,;тня;о BISCPX до ограничителя ароотатиси 2;;. Рег;/ лировочный впмт 1(5 Я1.; ;ерну;.-, у-.гб(1ча пружина 14 рa:;c:;ia6лона , -С.Лпал 5 сххцла 4 перскры;/ uxjcct;1;; ;у101цнм клаьл-ном 8 под j03;.ien;rnn;FM :к.)у-ки(:.: 7,К. 11 седла 12 з чу ;(rriHTCjibiic,-;. элементе 13 iu;pe;(p;..;T ::гк;до ;и-д lUi 1е.;;ьным клапаном 10 под во ..j;e;ic.3:TioM 1ружины 26 ч пр жи1-;ы , яс.-ре: то/и-атель 9.

Газ высокого давлении чодасмся через входную полос :). 2 к т( поверхгюсти MeHbi:;cvi ступе;;и 4 н к клапану 8 - который ;чд;олните;;ьно к его пружине 7 при/;((мч.:я г ходдндм давлением среды к седлу и ме ;ipori -cкает газ ч ;io;iocTb linji Oio /la ,: за седлом 4 .

При настройке рсгу.ггятора (поворотом винта i6} рабо-гая npv/K-nia 14 CSH маетоя v че.ез пор;:1чеч зс jain ;ч:л; н мй элемент 13, клапан LO и го;1;-.атеД1; 7 стремится открыть к/апан 8 . Герметичность уп:1Отне1П1я клапана В (lapyшаетоя и г-аз проникает :о ; анадам 5 и 6 Б ло;:ость 3 зыходногс (в полость низкого дав.четкя ,и; яадлом 4), где его давление ь.а чувствительный з;;ем;.;нт 13 у paeiiOBGiUHBae j; усилие рабочей пружин;,; 1 4 . Это же выходное ддавдение сред:ь: действует на торцовую г оверх;1ость бо пяией седла 4, переме цая 1;оследнее вниз и уравноье1иивая усилие; поужи; ы 18, Если выход из регулятора закрыт, то при определенж м даз:1ении (даз;1ении

н;1зтр. ) за седло-м 4 клапан В снопа гермети-iiJO перекрывает седло.

При отборе газа Б объем за регуляЧором выходное давление и сила воэде ;ствия на чувствительный элемент 13 и седло 4 (со стороны полости 3 Быхолно1е канала) сьзижается. Это призодит к подъему вверх седла 4 и опусканию вниз поршневого чувствиTejKjHoro элемента. 13, что в свою 04ej;eiTb ггринедет к открытию клапана В и дросселированию газа в образоБаии1ейся щели между клапаном и седлом 4. Лавление в выходной полости ciiOBa повышается и при некотором его зна-гении межлу сила: и, действующими на подвижную систему регулятора, устан ав;т ив аетс я ди ;гими--геское равновеЛЗз , соо ;ветствую1:;ее определенному расходу газа. KcJni рас;ход газа изме ястся, то новое равновесие наступаем мри ,;.ругой величине дросселируюU 3-;i шелл.. Величина дросселируьэщей ::;ел;. опрсэделяется взаимным положени:.:.- ;;о:.л:1не:-) чувствительнохо злемен-. 1.5 и седла 4, Изменение выходного .1;.:.з. гриводит к изменению величи4:1 ;.MJf::)CC{:лиpyiOщeй щели как за счет ;(,р1::мс;::;ения седла 4, так и за счет .л: т-:е:П1, чу вст.иительного элемента 13

При Iовышении давления в выходной п.)Л;с:гч-: 3uL-jc; .ча;-ле1- ия ;-;а ройки (или яри д,аБ.;он;-п1 газа на выходе, равном ..-..а чению настройки при закрытом выходно канс-ле, при О1сутствии расхо: л- :-;.д.:о 1 очуска.;тс;; зниз, а чувстнил е:. 3.:к:т.:очт 13 поднимается MY. . CH..3.ij;a дроссс; крующий клапан CJ 3 .ij.aiT:;- :ici седло 4, перекрывая его ;;4;ia.: 5, ра :общая ВХОДНУЮ л выходную ::о.иосги, ПОЛИ же какой-либо причине (например повреж;;.;ение уплотниrc:;i к..п;.гпана 8) давлен1 е на выходе .аа., псл ышается, то это приводит к дг1льней1ием дзижeFiию вниз седла 4 i .нзе,1Х поршневого -.сувстзительного ...(ягга 13. Оба движения приводят А ;.;трь1ву npenoxpaHnTej:bf oro клапана ;0 от eic: седла 12. Избыточное дав.кмгие из выходной полости по каналам II :-: 23 1 рег7ажируетс.я в атмосферу. По ;.u;pe c:6f)oca избыточнохо давления из полости: давления редуктоP:i пор1;:не}.ой чуБСТвительный элемент ; ::од д€:йствием пружины 14 перемеlij.at.rcH вни:, а седло 4 под действием пружины 8 - озерх. При давлении в л;);ходной по.;ос;ти, равном давлению настройкг peгyлятopa. клапан 10 сноиа садится на седло 12, перекрывая /чана..-: 1;. и рггЗобщая : зыходную полость от .ареггал-.ной .

7очч-:ость оаботы предохоанительногс: к;:апана в предлагаемом регуляторе Bbi:j;e обычньи-; пружинныХ предохраните; ь:чых к..апс;нов, что обеспечивается уБеличен1.-:ем эффектиа:ной площади, чувcTBiiTej7b;:oro эле.мен:та (подъем предохранительного ; :лапана над его седлом определяется как перемещениями поршневого чувствительного элемента 13, так и движением седла 4 под воздейст вием выходного давления среды) без увеличения жесткости рабочей пружины Эффективная площадь чувствительного элемента предохранительного клапана (как регулятора) увеличена на величину неуравновешенной по выходному давлению площади торцовой поверхности большей ступени седла 4 (поверхности седла, обращенной к выходному каналу). При этом жесткость рабочих пружин не увеличена. Следствием этого является повышение точности не только регулирования давления, но и точности работы предохранительного клапана. Чем больше неуравновешенная по выходному давлению площадь седла 4 превышает площадь этого же седла, неуравновешенную по входному (высокому) давлению, тем большим будет эффект повышения точности работы пре дохранительного клапана. В данном устройстве для предохранительного клапана 10 и для редуиирующего клапана 8 чувствительным элементом служат одни и те же узлы, а именно пор шень 13 и седло 4. Требуемое давление срабатывания предохранительного клапана 10 (давление начала его ОТКРЫТИЯ ) обес печивается при разработке регулятор соответствующим вь;5ооом соотношения между эффективной площадью редуктора F и площадью Fg , ограниченной уплотняющей кромкой дополнительного седла 12 ((Ьиг.1) или соответствующим выбором свободного хода предохранительного клапана 10 относительно тол (фиг.2). кателя 9 F Г. 1 г где F - площадь, ограниченная уплот нительной манжетой поршня 13; F - эффективная по выходному давлению площадь седла 4. В первом случае (фиг.1) при посад ке дросселирующего клапана 8 на сед ло 4 (при настроечном давлении в выходной полости) дальнейшее движение вверх поршневого чувствительного эле мента 13 и вниз седла 4 для отрыва предохранительного клапана 10 от сед ла 12 возможно ПРИ ступенчатом повышении давления на выходе регулятора Эта ступень повышения давления на вы ходе для открытия предохранительного клапана 10 обусловлена ступенчатым уменьшением (на величину , ) эффективной площади F чувствительных элементов (поршневого чувствительного элемента 13 и седла 4 регулятора при отрыве клапана 10 от седла 12). При открыти -; предохранительного клапана эффективная площадь регулятора составляет разность (F - FO). Давлени начала открытия клапана 10 можно определить из условия равенства сил выходного давления на чувствительный элемент (поршень 13 и седло 4) до отрыва клапана 10 от седла 12 и сил выходного давления на чувствительный элемент регулятора после отрыва клапана 10 от седла 12 PoTKpff - Fo)- отсюда F (F - FQ) . Если, например, необходимо обеспечить/ чтобы предохранительный клапан 10 срабатЕлвал при превышении давления на выходе ред ктора на 20% давление настройки Р„ , т.е. Р„, то (что вытекает из Р 1 откр предыдущего равенства) необходимо, чтобы площадь F превосходила площадь FQ седла 12 в 6 раз, т.е. F 6FO Отсюда видно, что ПРИ данном соотношении площадей F и F независимо от Давления настройки регулятора Р предохранительный клапан всегда будет открываться при давлении ввыходной полости, превышающем на 20% давление настройки. Если же необходимо обеспечить другое соотношение межлу давлением начала открытия предохранительного клапана и давлением настройки регулятора, то необходимо взять и другое соотношение площадей F и F . Обеспечение требуемого повышения давления открытия предохранительного клапана под давлением настройки регулятора может быть достигнуто дополнительно к рассмотренному соотношению площадей F и FQ соответствующим свободным продольным ходом клапана 10 относительно толкателя 9 (фиг.2). Это может быть достигнуто, например, выполнением на толкателе 9 буртика 24 и установкой на клапане 10 ограничителя 25 с зазором (свободным ходом) между ограничителем и бурти- ком. При этом верхняя часть толкателя 9 свободно установлена в цилиндрическую выемку клапана 10. В этом случае после перекрытия канала 5 седла 4 дросселирующим клапаном 8 при повышении выходного давления среды чувствительный элемент 13 перемещается вверх совместно с клапаном 10. Седло 4 опускается вниз. После выбора зазора между буртиком 24 и нижним внутренним днищем ограничителя движение поршневого чувствительного элемента 13 и -седла 4 прекращается. Последующий отрыв клапана 10 от седла 12 происходит ПРИ увеличении выходного давления на определенную величину (ступень). В этом случае давление открытия клапана 10 определяется не только соотношением площадей F и F , но и величиной свободного ходэ клапана 10 относительно толкателя 9. Последнее обстоятельство позволяет обеспечить постоянную величину прироста давления навыходе регулятора (над давлением настройки), при котором предохранительный клапан -начнет открываться .

Свободный ход клапана 10 относительно толкателя 9 пои низких выходных з впениях регулятора может иметь преобладающее значение при определении (задании) давления открытия предохранительного клапана, так как это обстоятельство бол;ее полно отвечает нормативным требованиям к оосудам, работающим под давлением (при невысоких давлениях среды давления открытия предохранительных клапанов рекомендуется назначить выше рабочего давления на вполне конкретную постоянную величину ) .

Предлагаемый регулятор давления исключает чрезмерное повышение выходного давления рабочей среды,обеспечивает поддержание величины выходного давления в заданных пределах с высокой точностью, не содержит в себе отдельных чувствительного элемента с пружиной и узлом настройки для

предохранительного клапана обеспечивает автоматическую настройку предохранительного клапана при изменении настройки регулятора. Кроме того, он существенно проще агрегатных регуляторов, т.е. более надежен в работе и менее металлоемок.

Формула изобретения

Регулятор давления по авт.ев, № 741243, отличающийся тем, что, с целью повышения надежности регулятора, в чувствительном элементе выполнен кана;. с седлом, а в выходной полости установлен предохранительный клапан, связанный с толкателем дросселирующего клапана.

Источники информации, принятые во внимание при экспертизе

1. Авторское свидетельство СССР № 741243, кл.С 05 О 16/10, 06.05.77 (прототип).

JLJL

1В

13

2J

ри.г.1

11

1f

S