Регулятор давления газа Советский патент 1982 года по МПК G05D16/10 

Изобретение относится к пневмоавтоматике и может быть использовано в пневмосистемах. Известен регулятор давления, состоящий из корпуса с входной и выход ной полостями, дросселирукнцей металлической пары затвор-седло с параллельными уплотняющими поверхностями, причем затвор связан через толкатель с чувствительным элементом П. Регулятор имеет тот недостаток, что седло может деформироваться (прогибаться как при закреплении, так и под воздействием рабочей среды. Вслед ствие прогиба седла получается незначительное искажение плоскостности его уплотняющей поверхности. Причем отклонение от плоскости от воздействия, например, входного давления таково, что контактные давления на уплотняющих поверхностях седла, и затвора получаются увеличенными .с стороны входной полости и уменьшенными с стороны полости выходной. Такое распределение контактных давлении приводит к нежелательному процессу регулирования в малорасходном режиме, заключающемуся в следующем. Малорасходный режим регулирования осуществляется не при постоянном малом зазоре между затвором и седлом, а при периодическом открытии-закрытии седла, из-за сил трения подвижной системы, газодинамических силовых добавок, запаздьша1шя подвижной системы и связанного с ним перенаполнения выходной полости, т. е. в малорасходном режиме, особенно для многорасходнь1х регуляторов с увеличенными силами трения и диаметрами седел, непрерывное регулирование заменяется импульсным. Важным фактором, усиливающим импульсный характер регулирования и амплитуду колебаний выходного давления, является переменность усилия на затворе в процессе герметизации-разгерметизации седла. В первую очередь переменность усилия на затворе обусловлена переменностью давления рабочей среды на уплотняющих поверхностях при загерметизированном и разгерметизированном седле. Если седло прогнуто таким образом, что имеет место уменьшение контактных давлений затвора на седло в сторону выходной полости, то герметичность контакта определяется давлениями по уплотняющей кольцевой поверхности с стороны входной полости. По остальной ширине уплотняющей поверхности седла имеют место уменьшенные конт.актные давления. В этой зоне, кроме реакций седла, на затвор будет воздействовать среда с выходным давлением, так как уменьшенные контактные давления не способны обеспечить полной герметич цости и выходное давление и давление среды в микро- макрозонах уплотняющих поверхностей выравниваются. После разгерметизации седла входная и выход ная полость сообщены. По всей ширине уплотняющей поверхности седла начинает действовать давление среды, среднее значение которого промежуточное между входным и выходным давлениями. После рерметизации седла (по наружной кольцевой зоне) на большей части уплотняю щей поверхности вновь устанавливается давление среды, равное выходному давлению. Таким образом, процесс герметизации и разгерметизации седла сопровождается появлением и снятием газодинамической силовой добавки на затворе регулятора и колебаниями выходного давления. Процесс колебаний усугубля ется, тем, что воздействие силовых добавок нелинейно, не пропорционально расходу газа через седло. Наиболее близким по технической сущности к данному изобретению является газовый редуктор прямого действия, состоящий из корпуса с входной и выходной полостями, чувствительног элемента, связанного с металлической дросселирующей парой затвор-седло с номинально параллельными уплотняющими поверхностями. На корпусе имеет ся торцовая поверхность, по которой базируется седло {jlj , Этому газовому редуктору присущи те же недостатки, что и описанному в ше клапану. В малорасходном режиме он работает в автоколебательном режи ме, так как имеют место прогибы седла, связанные с неплоскостностью и д формацией базирующих элементов, которые приводят к нежелательному распределению контактных давлений на седло и затворе. При теоретически возможной полной параллельности уплотняющих поверхностей, существенная нелинейность характеристики затвор-седло хотя и уменьшается,..но будет оставаться, отрицательно сказываясь на процесс регулирования. Точность регулирования рассмотренных известных устройств и особенно регуляторов с усилителями .в малорасходном режиме не высока и в основном определяется разницей максимального и минимального значений выходного давления в процессе автоколебаний. Цель изобретения - повыйение точности регулятора давления путем устранения автоколебаний в малорасходном режиме. Указанная цель достигается тем, что регулятор давления газа, содержащий корпус с входной и выходной полостями, с установленным в нем чувствительным элементом, связанным толкателем с расположенным в входной полости клапаном, содержит шайбу, в центральном отверстии которой распоожен толкатель, причем на одном торе шайбы выполнено седло клапана, а а другом - кольцевой выступ, торцоая поверхность которого вместе с пеиферийным участком.торцовой поверхости шайбы связаны с торцовой поерхностью корпуса, при этом высота ольцевого выступа равна К (D-d) где Н высота кольцевого выступа, мм; К- 1,2 10-8,510 коэффициент пропорциональности; D - наружный диаметр шайбы, мм; d - диаметр центрального отверстия, мм; S - ширина уплотняющей поверхности седла, мм. На фиг. 1 изображен предлагаемый регулятор; иа фиг. 2 - узел I на фиг. 1. Регулятор давления газа состоит из корпуса 1 с входной 2 и выходной 3 полостями и торцовой поверхностью 4,чувствительного элемента - поршня 5,нагруженного пружиной 6 и передающего через толкатель 7 воздействие на клапан 8, перекрьтающий (открывающий ) седло 9, выполненного на одной торцовой поверхности шайбы 10, имеющей кольцевой выступ I1 на другой торцовой поверхности 12, предназначенный для создания осевого принудительного прогиба шайбы и обеспечения расхождения уплотняющей поверхности седпа относительно уплотняющей поверхности клапана. Крышка 13, образующая с корпусом входную полость, поджима ет периферийную зону базирующей поверхности седла к торцовой поверхности 4 при подтягивании резьбового соединения крьшиси с корпусом 1. Регулятор давления газа работает следующим образом. В исходном положении поршень 5 цод воздействием пружинь 6 поджат к корпусу 1. Клапан 8 при этом отжат от седла 9 толкателем 7. При подводе рабочей среды во вход ную полость 2, среда через кольцевой зазор между клапаном 8 и седлом 9 по ступает в выходную полость 3. По мере возрастания давления в полости 3 поршень 5 начнет перемещаться в направлении сжатия пружины 6, а клапан 8 будет приближаться к седлу 9. Зазор между клапаном и седлом и приток среды в выходную полость 3 будет уменьшаться. При соответствующих притоке и оттоке среды давления в выходной полости 3 стабилизируется, а его величина определяется степенью, нагружения регулировочной пружины 6. В малорасходном режиме, т. е. при периодических малом открытии и перекрытии седла, связанных с нелинейностями звеньев регулятора, регулирование осуществляется следующим образо При посадке клапана 8 на седло 9 контактные давления по уплотнякщей. по верхности седла, вследствие ее расхож дения из-за принудительного прогиба шайбы с седлами, распределяются нерав номерно. Увеличенные давления возника ют с стороны вьЕХОДНой полости, а уменьшенные со стороны полости входной. Герметичное разобщение входной и выходной полости осуществляется зоной. Герметичное разобщение входной и выходной полости осуществляется зоной максимальных контактных давлений, а со стороны входной полости,вследствие уменьшенных и возможно нулевых контактных давлений, на клапан действует еще и срейа под входным давлением.- По мере отбора среды и уменьшения давления В выходной полости поршень 5 через толкатель 7 воздействует на клапан 8, сначала уменьшая контактные давления на клапане и седле, затем отжимая KjianaH от седла до появления малого кольцевого зазора и расхода среды. Процесс разгерметизации седла сопровождается нарастанием скорости потока по уплотняющим поверхностям и уменьшением давления среды до некоторого промежуточного значения. Усилие на клапане в направлении его отжатия от седла уменьшается. Это потребует дополнительного усилия на клапане со стороны поршня 5, медленно развиваемого поршнем по мере опоражнивания выходной полости. Аналогичный процесс, но с противоположным изменением усилий на клапане 8 и поршне 5, осуществляется при уменьшении .сольцевого зазора между клапаном и седлом. При выбранном прогибе шайбы с седлом, когда уплотняющая поверхность седла относительно уплотняющей поверхности клапана имеет расхождение с стороны входной полости, неуправляемые отжатие и поджатие клапана к седлу и автоколебания регулятора исключаются, точность регулятора повьш1ается. Иными словами, в предлагаемом регуляторе существует отрицательная обратная связь на клапане по его перемещению. Наибольший положительный эффект получается при испрльзовании предлагаемого решения в астатических регуляторах, когда имеется достаточный запас по коэффициенту усиления, но регулятор весьма чувствителен к различного рода нелинейностям и положительным связям. Дополнительным эффектом в рассмотренном устройстве является повышение точности регулирования за счет благоприятного условия самоустановления клапана по мере его подхода к седлу. тот эффект обусловлен получающейся азницей промежуточных давлений и силий на клапане в двух диаметральо противоположных зонах ( зоны меньегои большего зазора между клапаом и седлом). При этом происходит редварительное, автоматическое самоыравнивание клапана относительно едла в пределах радиальных зазоров направлениях. Расхождение уплотняющей поверхноти седла не может быть принято знаительным, приближающим профиль .седа к ножевому типу с узкой перена79пряженной зоной уплотнения. Вместе с тем уменьшение расхождения может привести .к неопределенности расположения зоны максимальных контактных давлений к ее . Расхождение уплотняю щей поверхности седла, полученное путем принудительного прогиба при контакте по периферийной зоне и по кольцевому уступу с корпусом, наиболее стабильно в условиях изменяющихся сил на седле в процессе работы. Расхождение уплотняющей поверхности седла относительно уплотняющей поверхности затвора со стороны входной полости и в соответствии с экспериментальной зависимостью позволяет получить положительньй эффект повьшегше точности регулятора путем исключения автоколебаний в малорас™ ходном режиме. Использование изобретения позволи значительно повысить точность регули рования давления в пневмосистемак, в том числе в режиме подпитки емкостей Формула изобретения Регулятор давления газа, содержаиднй корпус с входной и выходной полостями, с установленным:в нем чувствительным элементом, связанным тол кателем с расположенньгм в входной по лости клапаном, отличающий 0 с я тем, что, с целью повышения точности регулятора путем устранения автоколебаний в малорасходном , он содержит шайбу, в центральном отверстии которой расположен толкатель, причем на одном торце шайбы выполнено седло клапана, а на другом - кольцевой выступ, торцовая поверхность которого вместе с периферийным участком торцовой поверхности шайбы связаны с торцовой поверхностью корпуса, при этом высота кольцевого выступа равна К (D-d){где Н - высота кольцевого выступа, «м; 7 К - 52-10 -8,5- 10 - коэффициент пропорциональности; D наружный диаметр шайбы, мм; d - диаметр центрального отверстия шайбы, мм; S - ширина уплотняющей поверхности седла, мм. Источники информации, принятые во внимание при экспертизе 1.Авторское свидетельство СССР № 418668, кл. G 05 D 16/10, 1971. 2.Авторское свидетельство СССР W 314960, кл. G 05 D 16/10, 1969 (прототип).