Регулятор давления Советский патент 1982 года по МПК G05D16/10 F16K17/04 

(5) РЕГУЛЯТОР ДАВЛЕНИЯ

Изобретение относится к пневмоавтоматике, может быть использовано для понижения давления рабочей среды в различных пневматических системах и предохранения их от чрезмерного повышения давления. По основному авт. св. If из вестен регулятор давления, содержат щий нагруженный основной пружиной чувствительный элемент, связанный с регулирующим элементом. Чувствительный элемент выполнен из нескольких, по крайней мере двух, размещенных соосно друг в друге.поршней, причем основной пружиной нагружен наибольши поршень, с регулирующим элементом связан наименьший поршень, а из каждых двух соседних поршней меньший нагружен дополнительной пружиной относительно большего поршня 1. Параллельная работа составляющих чувствительный элемент поршней зависит от соотношения их размеров, хара теристик нагружающих их пружин и веЛИЧИН сжатия последних. Соотношение этих параметров для каждого поршня j может быть таким, что отдельные поршни будут работать (реагировать на изменения выходного давления) не во всем эксплуатационном диапазоне настройки регулятора. Это снизит чувствительность и точность работы регулятора и является его недостаткрм. Цель изобретения - поаьмиение точности работы регулятора давления. Указанная цель достигается тем, что в регуляторе давления конструктивные параметры чувствительного эле,мента связаны между собой соотношением;iV4 и т.д. ./ -г -3 Э-) Чо зФФб тивные площади поршней чувст.вительного элемента;396 К, Кл, к о - коэффициенты жесткости пружин, нагружающих поршни чувствительного элемента; h, Нл, h - величины сжатия пружин, нагружающи поршни чувствитель ного элемента. Конструктивные параметры чувствительного элемента связаны между собой соотношением г 3 . и т,д. %, Н 5-. На чертеже представлен регулятор давления, .разрез, В корпусе 1 регулятора выполнены входной 2 и выходной 3 каналы и седло 4. Регулирующий элемент 5 нагружен в сторону седла пружиной 6 и взаимодействует посредством толкателя 7 с чувствительным элементом. Последний выполнен из трех (не менее -двух) размещенных друг в друге порш ней 8-10, Наибольший поршень 10 нагружен основной пружиной 11, усилие которой регулируется винтом 12 через тарель 13- Наименьший порйиень 8 нагружен дополнительной пружиной 14 от носительно большего соседнего поршня 9; подпружиненного относительно наибольшего поршня 10 при помощи пружи ны 15- Наименьший поршень 8 контакти рует с толкателем 7Конструктивные параметры чувствительного элемента удовлетворяют равенству K, Vlj р-. и т,д.(1) где Fg , Fg , Fj - эффективные площади поршней 8-10 (площади, ограниченные уплотнитель ными поясками этих поршней) соответст венно; К.,, Кл, К - коэффициенты жесткости пружин 14, 1 и 11 соответственно;h,, HT, h- - величины сжатия пружин 14,. 15 и 1 1 соответственно. Дополнительным условием на конструктивные параметры чувствительного элемента является выполнение равенства и т.д. 3-1 -э. Корпус закрыт стаканом 16. Аналогичным образом регулятор давления может быть выполнен по схеме регулятора до себя. Регулятор работает следующим образом. В исходном состоянии поршень 10 занимает крайнее верхнее положение (у упора стакана 1б), пружина 11 расслаблена. Пружины 1t и 15 также расслаблены, поршни 8 и 9 пружиной 6 через 5 и толкатель 7 подняты вверх, седло j, перекрыто клапаном 5 Газ высокого давления подается через входной канал 2 к регулирующему элементу 5. который дополнительно к его пружине 6 прижимается входным давлением среды к седлу k, и не пропускает газ в полости низкого давления за седлом. При настройке регулятора (поворотом винта 12) пружина 11 сжимается и через поршень 10, пружину 15, средний поршень 9. пружину 1, наименьший поршень В и толкатель 7 стремится открыть клапан. Герметичность уплотнения клапана нарушается, и газ проникает в полость выходного канала 3 (в полость за. седлом k) , где его давление на чувствительный элемент уравновешивает усилие основной пружины 11. Это же выходное давление среды действует на внутренние поршни 8 и 9, перемещая их вверх и сжимая пружины 14 и 15- Выполнение условия (1) обусловливает то, что поршни 8-10 при повышении выходного давления перемещаются вверх относительно внешних поршней и корпуса (поршень 10) одновременно. Дополнительное же выполнение условия (2) обеспечивает ра- венство между собой относительных перемещений поршней. Кроме того, выполнение условия (1) обеспечивает параллельное участие в работе регулятора всех поршней во всем эксплуатационном диапазоне сжатия пружины 11 (во всем диапазоне настройке регулятора) . Если выход из регулятора закрыт, то при определенном давлении (давлеНИИ настройки) за седлом k клапан снова герметично перекроет седло, разобщив входную и выходную полости. При отборе газа в объем за регулятором выходное давление и сила его воздействия на чувствительный элемент снижаются. Это приводит к опусканию вниз поршней 8-10, что в свою очередь приводит к открытию регулирующего элемента 5 и дросселированию газа в образовавшейся щели между ним и седлом +. Давление в выходной полости снова -повышается, и при некотором его значении между силами, действующими на подвижную систему регулятора, is Эта

устанавливается динамическое равновесие, соответствующее определенному расходу газа. Если расход газа изменяется, то новое равновесие наступает при другой величине дросселирующей щели, которая определяется суммой относительных перемещений поршней чувствительного элемента и на- . ружного поршня относительно корпуса. Увеличение величины выходного давления приводит к уменьшению величины дросселирующей щели как за счет подъема поршня 10, так и за счет подъема поршней 9 и 8 относительно внешних поршней. Причем все поршни участвуют в работе (благодаря .условию (1)) и относительные перемещения поршней при одинаковом изменении выходного давления равны между собой (вследствие выполнения условия (2)). Это приводит к уменьшению поступления газа на выход регулятора и, следовательно к восстановлению величины низкого давления регулятора.

Если по какой-либо причине выходное давление понизится, то поршень 10 под действием основной пружины 11 опустится вниз. Под действием пружины 15 поршень 9 также опустится вниз относительно поршня 10. Наименьший поршень 8 пружиной 1А переместится вниз относительно поршня 9- Регулирующий элемент 5 толкателем 7 опустится вниз на суммарную (устроенную величину относительного хода одного поршня) величину перемещений поршней 8-10. Величина дросселирующей щели между элементом 5 и седлом 4 увеличивается, что приведет к увеличению прит.ока газа в полость за седлом и к восстановлению прежнего выходного давления. В обоих случаях изменений величины давления на выходе регулятора степень его воздействия на ве96

поршня, и наименьший, и наибольший поршни при изменении выходного давления перемещаются (первый относитель.но корпуса, а второй относительно среднего поршня) на одинаковую глубину. Поршень 9 при этом превышается на ту же величину и в ту же сторону относительно поршня 10. Следствием этого является то, что одинаковое с известными регуляторами (с одним поршнем в качестве чувствительного элемента) перемещение регулирующего элемента в предлагаемом регуляторе достигается при в три раза меньшем изменении выходного давления, т. е.

обеспечивает повышение точности работы в три раза во всем диапазоне его настройки.

Отношение эффективной площади поршня к коэффициенту жесткости нагружающей его пружины является чувствительностью поршня к реагированию на действующее на него давление. Равенство этих отношений (что следует из

условия{2)) для всех поршней чувствительного элемента обусловливает трехкратное увеличение чувствительности регулятора давления в целом. Следует заметить также, что эффективная площадь наименьшего поршня есть подвергнутая воздействию выходного давления его торцовая поверхность (площадь круга, образованного его уплотнительным пояском). Для остальных (охватывающих) поршней эффективной площадью является не подвергнутая воздействию выходного давления . торцовая/поверхность кольца, ограниченная уплотнительными поясками данного поршня и охватываемого им внутреннего поршня. Эффективные площади i охватывающих поршней чувствительного элемента есть площадь кругов, образованные их внешними (большими) уппот6личину дросселирующей щели определяется суммой относительных перемещений поршней чувствительного элемента. Так как в предлагаемом регуляторе обеспечивается одновременная работа всех поршней чувствительного элемента во всем эксплуатационном диапазоне настройки, тэ это обусловливает заметное повышение точности и чувствительности регулирования. Равенство между собой отношения К ( РЭ Я-ПЯ всех поршней чувствительного элемента обусловливает одинаковую их реакцию на изменения выходного давления. реакция не зависит от диаметра 796 нительными поясками. Это видно из следующего. Выходное давление действует на наименьший поршень 8, вызывая его перемещение вверх (относитель но поршня 9) и сжатие пружины 1. Пружина 1 своим верхним концом с таким же усилием (равным силе давления на поршень 8) и & том же направле нии действует на поршень 9, что эквивалентно действию на этот поршень вывходного давления по площади поршня 8 Кроме того, на поршень 9 (на его тор цовую поверхность между его уплотнительным пояском и пояском поршня 8) действует также выходное давление регулятора. Таким образом, .суммарная эффективная площадь порш;ня есть площадь круга, образованного его внешним уплотнительным пояском (манжетой). Аналогично можно сказать что эффективная площадь поршня 10 есть площадь круга, ограниченная его уплотнительной манжетой с корпусом. При выполнении предлагаемого ре.гулятора с одинаковой с известными устройствами точностью и чувствительностью он обе.спечит значительное увеличение расхода газа. Использование изобретения позволит значительно повысить технические характеристики и найти широкое применение. Формула изобретения 1. Регулятор давления по авт. св. № , отличающийся что, с целью повышения точности лятора, конструктивные параметры твительного элемента связаны межбой соотношением Z и т.д. эффективные площаЭя Э2 ди поршней чувствительного элемента;К, К2, Kj коэффициенты жесткости пружин, нагружающих поршни чувствительного элемента; величины сжатия пружин, нагружащих поршни чувствительного элемента. . Регулятор по п. 1, отлиющийся тем, что, конструкые параметры чувствительного элеа связаны между собой соотноше и т.д. РЗ РЭ 3-1 Э-з Источники информации, ятые во внимание при экспертизе . Авторское свидетельство СССР 2321, кл. G 05 D 16/10, 1978 тотип).

16