ПНЕВМАТИЧЕСКИЙ ПОРШНЕВОЙ РЕГУЛЯТОР ДАВЛЕНИЯ

Предложение касается полезной модели как объекта промышленной собственности, и относится к области авиационного оборудования, в частности к оборудованию систем кондиционирования воздуха, поступающего в пассажирские и пилотскую гермокабины для создания комфортных климатических условий жизнедеятельности экипажа и пассажиров на всех режимах эксплуатации летательного аппарата.
В летнее (жаркое) время в наземных условиях требуется охлаждение гермокабин, а при наборе высоты, летательным аппаратом режим охлаждения меняется на режим обогрева.
Регулирование температуры в гермокабинах обеспечивается воздухом от системы кондиционирования [1], где имеется воздух с высокой (до 100°С) температурой, отбираемый от двигателя, и холодный воздух с минимальной температурой (~0°С). Комфортная температура обеспечивается при помощи смешивания потоков воздуха в требуемых количествах.
Для получения воздуха с требуемыми характеристиками по давлению применяются пневматические регуляторы давления «после себя» [2].
Широкое применение нашли регуляторы давления с сильфонным приводом, в которых противодействующим воздействием является сжатие пружины. Недостатком таких регуляторов является наличие в их конструкции двух колебательных звеньев, это сильфон и возвратная пружина.
Большей динамической устойчивостью обладают регуляторы с применением поршневого привода [3]. Подобные регуляторы могут иметь в своем составе пружину, которая используется только для возврата поршня в исходное положение при отключении регулятора. Поэтому пружина применяется с малой жесткостью и не влияет на работу и устойчивость регулятора.
В настоящее время применяются системы кондиционирования, где холодный воздух обеспечивается по температуре необходимой для подачи только в одну тепловую зону, а в другие зоны воздух подается с небольшим добавлением из горячего трубопровода [1], тем самым количество потребного горячего воздуха может изменяться в широких пределах, вплоть до нулевого значения.
Конструкция известных нормально-закрытых регуляторов давления содержит пневмопривод, который обеспечивает поддержание давления после себя только в определенном диапазоне расходов, что является существенным недостатком их конструктивных решений.
Так в известном решении [3] привод, содержащий над и под поршневые полости и командный прибор с соплом, управляемым подпружиненной мембраной имеет ограничение в работе по снижению давления за заслонкой (сигнал обратной связи), что происходит при уменьшении расхода рабочего воздуха. При этом пневмопривод работает в режиме близком к закрытию заслонки, то есть в области уплотняющих средств, а это требует увеличения мощности привода, и, следовательно, увеличения его габаритов и массы.
Описанное выше является существенным недостатком известных решений.
В то же время для обеспечения полного открытия проходного сечения, например, при максимальных расходах воздуха и одновременно при минимальном давлении на входе, желательно иметь малую жесткость пружины. А для обеспечения полного закрытия проходного сечения при минимальном расходе воздуха и максимальных давлениях на входе наоборот, так как в этом случае пружина пневмопривода должна обеспечивать создание больших усилий для преодоления силы трения по уплотнительным элементам, и воздействия опрокидующего момента на регулирующем органе.
Для обеспечения описанного режима регулятора возможно применение нетрадиционных средств, например, введение обратной связи по давлению, когда давление с выхода регулятора подается непосредственно в подпоршневую полость пневмопривода, для создания дополнительного усилия к усилию пружины.
Для пояснения сути предложения, к описанию прилагается чертеж схематичного выполнения указанного регулятора.
Поршневой пневматический регулятор давления газа содержит заслонку 1, расположенную в трубопроводе 2, имеющим входной 2.1 и выходной 2.2 патрубки. Заслонка 1 приводится в движение поршневым приводом 3, имеющим подпружиненный поршень 4 с надпоршневой 4.1 и подпоршневой 4.2 полостями.
Рабочей средой регулятора является воздух с регулируемым параметром - давление. Входное давление из патрубка 2.1 через электропневматический переключатель 5, нормально-закрытая полость которого имеет возможность (при включенном состоянии) сообщения с атмосферой через пневмодроссель 6.1, а через пневмодроссель 6.2 с надпоршневой полостью 4.1 поршневого привода 3 и с атмосферой, а через подпружиненный клапан 8 с командным прибором 7. При этом нормально-открытая полость электропневмопереключателя 5 соединена с подпоршневой полостью 4.2 поршневого привода 3.
Регулятор дополнительно оснащен пневматическим подпружиненным переключателем 9, работающим в релейном режиме. Его управляющая полость 10 связана с нормально-открытой полостью электропневмопереключателя 5, а выходная полость 11 подключена к выходному патрубку 2.2, а с другой стороны через пневмоклапан 12 к подпоршневой полости 4.2 пневмопривода 4.
Работа регулятора происходит следующим образом. При наличии давления воздуха на входе 2.1 регулятора и подаче электропитания на электропневматический переключатель 5, давление воздуха через пневмодроссель 6.2 поступает в надпоршневую полость 4.1 поршневого привода 3. Сжимая пружину 4.3, перемещает заслонку 1 в открытое положение, в результате чего давление воздуха поступает в выходной патрубок 2.2 и в командный прибор 7. При достижении давления на выходе величины настройки командного прибора 7 клапан 8 начинает открываться, уменьшая тем самым давление в надпоршневой полости 4.1 (из-за наличия дросселя 6.2) и регулятор вступает в работу.
Пневматический переключатель 9 имеет постоянную настройку, таким образом, чтобы при давлениях на выходе ниже минимального заданного клапан 12 оставался закрытым. Это позволяет иметь пружину 4.3 привода 4 с малой жесткостью и силой для обеспечения полного открытия заслонки 1 даже при малых давлениях на входе.
При достижении давлением на входе величины настройки переключателя 9 его клапан 12 открывается. Давление из выходного патрубка 2.2 поступает непосредственно в подпоршневую полость 4.2 привода 4, помогая пружине 4.3 перемещать поршень 4 в сторону закрытия заслонки 1. Это позволяет преодолевать силы сопротивления (опрокидывающий момент и трение по уплотняющим элементам) и обеспечивает работу регулятора на малых расходах воздуха при углах заслонки близких к полному закрытию. При этом возникает дополнительная обратная связь по пневмоприводу 4. Регулятор при этом совмещает работу одновременно как регулятора непрямого действия и как прямого действия (обратная связь по пневмоприводу), что повышает точность регулирования.
При наличии давления на входе и необходимости закрытия регулятора электропневмопереключатель 5 выключается и давление из патрубка 2.1 поступает в подпоршневую полость 4.2, а из надпоршневой полости 4.1 давление сбрасывается в атмосферу через пневмодроссель 6.1. Под действием наличия перепада давлений на поршне 4 и влияния пружины 4.3 заслонка 1 закрывается. Клапаны командного прибора 7 и пневмопереключателя 5 закрываются, и регулятор приходит в исходное состояние.
Источники информации, принятые во внимание при составлении заявки:
1. Авторское свидетельство №668215, Система кондиционирования воздуха на летательном аппарате,
2. Патент №46370, Регулятор давления газа,
3. Заявка на патент №2010117868 от 04.05.2010 г.