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

(S) РЕГУЛЯТОР ДАВЛЕНИЯ ГАЗА

Изобретение относится к устройствам пневмоавтоматики, может быть использовано в различных пневматичес ких системах для понижения давления рабочей среды и поддержания величины пониженного давления с высокой точностью. По основному авт. св. № 896598 известен регулятор давления газа, со держащий корпус с установленным в не первым клапаном, связанным с первым чувствительным элементом, управляющая полость сообщена с выходом второго клапана, связанного с вторым чувствительным элементом, и.пружину задания с регулировочным винтом. Регулятор содержит дроссельное устройство, вход второго клапана сообщен с выходом первого клапана, пер вый чувствительный элемент выполнен в виде двухступенчатого поршня, а полость, образованная торцом большей ступени, связанным с ним вторым чувствительным элементом и корпусом, сообщена через дроссельное уст ройство с полостью между ступенями двухступенчатого поршня и корпусом, связанной с атмосферой . Недостатком известного устройства является то, что случайные колебания давления газа в управляющей полости его вызывают колебания давления на выходе регулятора, а второй чувствительный элемент не реагирует на резкие изменения величины пониженного давления. Все это ухудшает динамические характеристики регулятора. Целью изобретения является улучшв ние динамических характеристик регулятора давления. Поставленная цель достигается тем, что в ступенчатом поршне выполнена осевая цилиндрическая расточка, в которой установлены подпружиненный поршень и поршень с дроссельным элементом, жестко связанный с толкателем, связывающим ступенчатый поршень с вторым чувствительным элементом поршневого типа, .причем подпружиненный поршень установлен коаксиально толкателю, а полость осевой цилиндрической расточми заполнена вязкой средой. При таком исполнении регулятора резкие случайные изменения давления управляющей полости, воздействуя, на оба чувствительных элемента, перемещают их в различные стороны. Сила возникающего при этом вязкого трения на поршне с дроссельным элементом всегда противоположна по направлению силе давления на двухступенчатый поршень. В результате последний не будет реагировать на случайные, обусловленные различными неисправностями, колебания давления в управляющей полости. С другой стороны, при резких изменениях выходного давления двухступенчатый поршень будет отслеживать их, изменяя своё положение. При этом на второй чувствительный элемент в направлении перемещений первого чувствительного элемента будет действовать сила вязкого трения. Эта сила будет обусловливать необходимые пере .мещения второго чувствительного элемента . Все это обусловит высокую ста бильность регулируемого давления газ в условиях действия различных возмущающих факторов. На чертеже представлен предлагаемый регулятор давления газа. Регулятор давления состоит из кор пуса 1 с входным 2 и выходным 3 каналами, в котором размещены силовой (основной) и настроечный (вспомогательный) редукторы. G; лoвoй редуктор включает седло , нагруженный пружиной 5 первый клапан 6, взаимодействующий посредством толкателя 7 с пер вым чувствительным элементом (поршнем) 8 . Настроечный редуктор включает сед ло 9( второй клапан 10 с пружиной 11

взаимодействующий толкателем 12 с вторым чувствительным элементом (поршнем) 13, нагруженным посредством регулировочного винта 1 через опорную тарель 15 пружиной 16 задания. Вы- ходная полость (выход первого клапана) 17 силового редуктора каналами 18 и 19 сообщена с входной полостью 957

чувствительным элементом 13 максимально отжат от седла 9. Поршень 8 толкателем 21 через .поршень 33 опущен вниз и контактирует с толкателем 7 первого клапана 6, который с седлом i образует небольшой зазор, клапан 6 пружиной 5 поджимается вверх (к поршню 8 толкателем 7) (входом второго клапана) 20 настроечного редуктора. Первый чувствительный элемент 8 силового редуктора выполнен в виде двухступенчатого поршня, торцовая поверхность меньшей ступени которого обращена к выходной полости 17 си лового редуктора и взаимодействует с толкателем 7 первого клапана 6, Торцовая поверхность большей ступени поршня 8 обращена к второму чувствительному элементу 13 настроечного редуктора, взаимодействует с ним посредством толкателя 21 и образует с ним и стаканом 22 корпуса 1 пневмополость 23, сообщенную с выходной полостью 2k настроечного редуктора проточками 25, каналами 2б и через зазоры между вторым чувствительным элементом 13 и стаканом 22. Пневмополость 23 сообщена через дроссельное устройство 27 с полостью 28 между ступенями поршня 8 и корпусом 1. Полость 28 каналом 29 сообщена с атмосферой. Корпус регулятора закрыт стаканом 30. На толкателе 21 жестко закреплен дополнительный поршень 31, размещенный в осевой цилиндрической расточке двухступенчатого поршня 8, закрытой с стороны управляющей пневмополости 23 установленным коаксиально толкателю 21 и нагруженным пружиной 32 и поршнем 33. Полость между поршнями 8 и 33 (осевая цилиндрическая расточка) заполнена вязкой средой (жидкостью) В поршне 31 выполнен дроссельный элемент 35, сообщающий его надпоршневую с подпоршневой полостями, заполненными жидкостью З. Дроссельный элемент 35 может быть выполнен также в двухступенчатом поршне 8. Регулятор давления газа работает следующим образом. В исходном положений пружина 16 задания сжата винтом 14 через тарель 15. Второй чувствительный элемент 13 опущен максимально вниз и упирается в стакан 22. Второй клапан 10 через толкатель 12 вторым Газ высокого давления подводится через канал 2 к первому клапану 6. В зазоре между клапаном и седлом k газ дросселируется, его давление по нижается. Газ пониженного давления поступает в выходную полость Т7 си лового редуктора и через канал 3 по ребителю. Незначительная величина з зора между первым клапаном 6 и седл k обусловливает плавность повышения давления на выходе устройства. Одновременно газ по каналам 18 и 19 из полости 17 поступает во входную полость 20 настроечного редукто ра. Из полости 20 газ по зазору меж ду клапаном 10 и седлом 9 поступает в выходную полость 2k настроечного редуктора. Из полости 2 газ по про точкам 25 и каналам 2б поступает в пневмополость 23. По мере повышения давления в полостях 2k и 23 второй чувствительный элемент 13 поршневого типа будет подниматься вверх, сжимая пружину 16 задания, а поршень 8 будет опускаться вниз, увеличивая проходное сечение между клапаном 6 и седлом k. Это обусловливает увеличение притока газа в полость 17 и повышение в ней давления. Повышение давле ния в полостях 2k и 23 сопровождает подъемом вверх чувствительного элемента 13 и уменьшением щели между вторым клапаном 10 и седлом 9. При давлении в полостях 2k и 23, равном давлению настройки вспомогательного (настроечного) редуктора, второй чувствительный элемент 13 поднимается настолько, что клапан 10 садится на седло 9, перекрыв его канал. Так как пневмополость 23 дроссельным устройством 27 сообщена с полостью 28 и дальше с атмосферой через канал 29, то полного перекрытия канала седла 9 вторым клапаном 10 не произойдет, будет иметь место постоянное незначительное дросселирование газа вторым клапаном. Давление в полостях 2k и 23 будет поддерживаться постоянным. По мере опускания вниз поршня 8 при повышении давления в пневмополости 23 будет увеличиваться величина щели между первым клапаном 6 и седлом k. Давление газа в полости 17 при этом будет повышаться. Сила воздействия давления в полости 17.на терцовую поверхность меньшей ступени поршня 8 будет увеличиваться. Под действием возрастающего давления в полости 17 поршень 8 будет подниматьсявверх, сжимая газ в полостях 2-3 и 2. Если выход из регулятора .давления газа закрыт, при давлении в полости 17, равном давлению настройки устройства (силового редуктора), поршень 8 поднимается вверх настолько, что первый клапан 6 сядет на сед ло k, перекрыв его канал, и разобщит входной 2 и выходной 3 каналы регулятора. При подъеме вверх поршня 8 (при повышении давления в полости 17) и сжатии газа в полостях 23 и 2k сначала второй клапан 10 перекроет седло 9, и избыточное давление газа сбросится в атмосферу через дроссельное устройство 27, полость 28 и канал 29. При дальнейшем дренаже газа из полости 23, второй клапан 10 несколько откроется, компенсируя утечки через дроссельное устройство 27 и обеспечивая прежнее значение давления в пневмополости 23 регулятора. Благодаря этому коэффициент жесткости нагружающей поршень 8 с стороны пневмополости 23 газовой пружины равен нулю, что обусловливает высокую точность понижения давления газа регулятором и значительную его производительность. При отборе газа в объем за регулятором через канал 3 давление в полости 17 и сила его воздействия на поршень 8 снижаются. Это приведет к опусканию вниз поршня В, открытию г первого клапана 6 и дросселированию газа в образовавшейся щели между клапаном и седлом. Давление в полости 17 снова повысится, и при некотором его значении между силами действующими на подвижную систему регулятора, установится динамическое равновесие, соответствующее определенному расходу газа. Если расход газа изменяется, новое равновесие наступает при другой величине щели между первым клапаном 6 и седлом k. Если при работе регулятора давление в выходной полости настроечного редуктора (в полостях 23 и 2k) по какой-либо причине резко изменится (например, при неравномерном трении в подвижных частях устройства), это приведет к перемещению поршней 13 и 8 в противоположных направлениях. При этом будет иметь место перетека795ние вязкой жидкости 3 через дроссельный элемент 35 между полостями над поршнем 31 и под ним. Перемещения поршня 8 при этом будут происходить под действием изменяющейся силы давления газа в пневмополости 23 и под действием силы вязкого трения. Эти силы направлены при этом в противоположные стороны и компенсируют друг друга. В результате поршень 8 практически не будет реагировать на резкие случайные колебания управляющего давления. На выходе регулятора будет обеспечено стабильное давление. Если, например, в полостях 2k и 23 давление-резко повысится, поршень 13 резко поднимется , а поршень 8 опустится вниз. При этом толкатель 21 с поршнем 31 переместят ся в вязкой среде 3 вверх, увлекая за собой и поршень 8 (воздействуя на него вязким трением вверх). В ито ге поршень 8 будет практически стоят на месте, он не будет реагировать на такие резкие повышения управляющего давления. Аналогично будет работать регулятор и при резких понижениях управляющего давления, только при этом поршни 13 и 8 буДут сближаться, а сила вязкого сопротивления перемещению поршня В будет нап равлена вниз. В этом случае поршень 8 также будет практически неподвижен относительно корпуса, что не приведе к: изменению щели между клапаном 6 и седлом k и, следовательно, не приведет к изменению величины выходного давления. Плавные же изменения управляющего давления не являются следствием случайных причин, будут носить закономерный характер, и чувствительный элемент В будет реагировать на такие медленные изменения давления в полос тях 2 и 23, что необходимо. С другой стороны, при резких изменениях выходного давления (давления в полости 17) поршень В будет резко перемещаться в соответствующую сторону, воздействуя (вязким сопротивлением) на чувствительный элемент 13 и тем самым предопределяя необходимую реакцию последнего. Если, например, давление в полости 17 рез ко понизится, поршень 8 рез-ко опустится вниз,увлекая за собой вниз так же и поршень 13 за счет сил вязкого сопротивления на поршне 31)- При этом величина щели между вторым клапаном 10 и седлом 9 несколько увеличится, давление в полостях и 23 (за счет .увеличившегося притока газа) также повысится, компенсируя понижение давления в этих полостях, обусловленное опусканием поршня В, и повышая чувствительность регулятора к изменению выходного давления. При резком повышении регулируемого давления устройство работает аналогично, только чувствительный элемент 8 поднимается при этом вверх, увлекая за собой и чувствительный элемент 13. В этом случае давление в управляющей полости понижается (за счет уменьшения щели между клапаном 10 и седлом 9). что улучшает условия реакции поршня 8 на изменившееся выходное давление. Все это обуславливает заметное улучшение динамических характеристик регулятора. Подпружиненный поршень 33, создавая давление на вязкую среду 3, посредством пружины 32 и под давлением газа в пневмополости 23, обеспечивает необходимую стабильность силы вязкого сопротивления и предотвращает разрыв жидкости 3 (нарушение ее сплошности) при перемещении поршня 31 вверх относительно чувствительного элемента В, так как объем полости, занятой вязкой средой, при этом будет увеличиваться (за счет выдвижения из нее толкателя 21). Поршень же 33, опускаясь вниз, будет компенсировать эти изменения объема вязкой среды, -обеспечивая необходимую стабильность относительных перемещений подвижных элементов регулятора. На вход настроечного редуктора подается стабилизированное силовым редуктором давление газа. Это обусловливает независимость управляющего давления силового редуктора от величины давления на входе, в результате чего точность понижения давления газа регулятором повышается. Это же обеспечивается также тем, что жест кость пневмополости (пневмопружины) 23 равна нулю. Описанный регулятор имеет высокие динамические характеристики. В нем выходное давление повышается плавно, при резксэй подаче давления на вход отсутствуют динамические забросы выходного давления. Это обус ловлено конструкцией регулятора, обеспечивающей минимальное иамальное 995 проходное сечение устройства и умень шение его в начальный период работы. В регуляторе случайные колебания управляющего давления не влияют на величину выходного давления, величина которого поддерживается постоянной с высокой точностью. Кроме того, на резкие изменения регулируемого давления (например, при резком изменении расхода) регулятор реагирует обоими чувствительными элементами, чем достигается высокая чувствительность устройства. Нулевая жесткость пневмопружины первого чувствительного элемента обусловливает характер работы регулятора близкий к релейному. При этом обеспечивается высокая производитель ность, что позволит регулятору заменить многие агрегатные газовые редук торы. Предлагаемый регулятор обладает высокой устойчивостью к автоколебаниям. 10 изобретения Формула Регулятор давлений газа по ав. .св. № 896598, отличающийся тем, что, с целью улучшения его динамических характеристик, в ступенчатом поршне выполнена осевая цилиндрическая расточка, в которой установлены подпружиненный поршень и поршень с дроссельным элементом, жестко связанный с толкателем, связывающим ступенчатый поршень с вторым чувствительным элементом поршневого типа, причем подпружиненный поршень установлен коаксиально толкателю, а полость осевой цилиндрической расточки заполнена вязкой средой. Источники информации, принятые во внимание при экспертизе 1. Авторское свидетельство СССР № 896598, кл. G 05 D 16/10, 1980 (прототип).