РЕГУЛЯТОР ДАВЛЕНИЯ ГАЗА

Регулятор давления газа
Заявляемая полезная модель относится к автоматике в частности к регулирующим устройствам, нредназначенным для поддержания установленного давления на выходе, и может найти применение в системах автоматики, в газовых системах медицинских приборов, в частности в озонаторах для обеспечения постоянного давления в газовой системе.
Известен регулятор давления газа, опубликованный в бюллетене изобретений №10, 1968г., кл. МПК G05D 16/06, авторское свидетельство №213434, содержащий регулирующую пружину, и расположенные в корпусе с входным и выходным каналами мембрану и клапан, который содержит седло, регулирующий орган и запирающую пружипу.
Недостатком известного устройства является низкая точность выходного давления при изменении входного давления из-за близкого соотношения площадей мембраны Si и проходного сечения клапана 82. 81/82 4.
Наиболее близким по технической супщости к предлагаемой полезной модели является регулятор давления газа, опубликованный в книге Регуляторы давления прямого действия, О.Н.Заринский, издательство Москва, 1961г., стр.63, фиг.ЗЗ, содержащий регу.лирующую пружину и расположенные в корпусе с входным и выходным каналами мембрану и клапан, который содержит седло, регулирующий орган и запирающую пружину.
Известный регулятор давления газа обладает низкой надежностью, т.к. устройство способно пропускать малый расход при очень малом подъеме его регулирующего органа над седлом, что ведет к быстрой порче деталей затвора и выходу регулятора из строя из-за ударов регулирующего органа о седло.
Кл. МПК G05D 16/06
При большем габаритном диаметре 71 мм и высоте 106 мм соотношение 1шош:адей мембраны Si и проходного сечения клапана 82 у известного регулятора давления газа составляет 81/82 37, что показывает также на не высокую точность работы регулятора.
Расположение запирающей пружины под седлом даёт возможность смеш;ения регулируюш;его органа относительно оси седла, которое ведёт за собой к возникновению зазора в клапане и не позволяет ему полностью закрываться. Тем самым наблюдается нерегулируемая протечка газа, которая также ухудшает точность работы регулятора давления.
При создании заявляемой полезной модели решалась задача: создания надежного, точного, малогабаритного регулятора давления газа с объемным расходом 1 л/мин.
Техническим результатом при решении данной задачи являлось повышение на порядок точности регулирования выходного давления газа, увеличение в несколько раз надежности его работы и сокрап ;ения габаритов в 2,5 раза.
Указанный технический результат достигается тем, что по сравнению с известным регулятором давления, содержащим регулирующую пружину, и расположенные в корпусе с входным и выходным каналами мембрану и клапан, который содержит седло, регулирующий орган и запирающую пружину , новым является то, что клапан выполнен в виде автомобильного золотника, в котором запирающая пружина расположена над седлом, и площадь мембраны 8i, и площадь проходного сечения золотника 82 выбраны из соотнощения: 200 8i/82 300.
При разработке регуляторов давления с малым расходом существует проблема обеспечения их надежности. Регуляторы давления прямого действия, О.П.Заринский, издательство Москва, 1961г, стр.14, 64..
Уменьшение площади седла клапана приводит к сложности точного изготовления деталей клапана, что ведет к снижению надежности регулятора давления.
В опубликованном регуляторе давления регулирующий орган центруется но деталям, которые при изготовлении обрабатывают независимо от седла, в результате чего не гарантируется точная посадка плунжера и создается возможность протечки рабочей среды в затворе. В предлагаемой конструкции регулятора давления, клапан с седлом, регулирующим органом и пружиной выполнен в виде автомобильного золотника. Серийно проговодимые автомобильные золотники изготавливаются по отработанным технологиям с помощью щтампов и станков-автоматов, которые исключают человеческий фактор, все это приводит к высочайщей точности их изготовления. Следствием точного изготовления золотника является их надежная работа и массовое их применение, что снижает затраты на их изготовление.
В применяемом золотнике запирающая пружина расположена над седлом, что позволяет сблизить регулирзтощую и запирающую пружины. Это приводит к уменьщению осевого отклонения щтока регулирующего органа относительно оси седла. Уменьщение осевых отклонений исключает возможные зазоры клапана-золотника и тем самым устраняет протечки газа. Точность работы регулятора зависит от соотношения площадей мембраны и проходного сечения клапана. Чем больше отношение площадей мембраны и проходного сечения клапана, тем выше точность выходного давления газа при изменении входного давления. Пневмоавтоматика ракетнокосмических систем под редакцией академика АН УССР В.С.Будника, Москва, Машиностроеьше, 1979, стр.22-23.
На фиг. 1 изображён заявляемый регулятор давления газа. На фиг. 2 изображён клапан-золотник.
На фиг.З изображён график зависимости выходного давления газа Рвых от изменения давления газа на входе Рвх.
На фиг. 1 изображен заявляемый регулятор давления газа. Он состоит из регулирующей пружины 1, корнуса 2, в котором расноложены нолости входного 3 и выходного 4 каналов, мембрана 5 и клапан в виде автомобильного золотника 6. Корпус 2 состоит из двух элементов, расположенных по обе стороны от мембраны 5. Крепление частей корпуса осуществляется с помощью резьбового соединения. При сборке корпуса между одной из половин корпуса 2 и мембраной 5 ставится кольпо 7, которое уменьшает силу трения и предотвращает задиры мембраны 5. Тем самым обеспечивается герметичность внутренних полостей регулятора. Площадь
мембраны ,5 мм . Винт 8 защищает мембрану 5 от её возможного прорыва золотником. Гайка 9 служит упором для регулирующей пружины 1 и обеспечивает герметичность внутренней полости 16 регулятора давления газа. Выходное давление Рвых задаётся регулрфующей пружиной 1 с помощью вращения гайки 10 по резьбовой поверхности корпуса 2 . На фиг 2. представлен клапан-золотник 6, который содержит в себе седло 11, регулирз ощий орган 12 и запирающую пружину 13, расположенную над седлом. Все перечисленные элементы золотника расположены в корпусе 14. Герметичность клапана обеспечивает кольцевой уплотнитель 15 расположенный на штоке регулирующего органа 12. Площадь проходного сечения клапана золотника ,75 мм.
Регулятор давления работает следующим образом.
Рабочая среда-газ под высоким давлением поступает в полость входного канала 3 проходит через дроссельную пару золотника 6: седло 11уплотнительное кольцо 15 регулирующего органа 12, затем поступает во внутреннюю полость 16 и направляется через выходной канал 4 к объекту, в котором необходимо поддерживать заданное давление.
Выходное давление Рвых задаётся регулирующей пружиной 1 с номощью вращения гайки 10 по резьбовой поверхности корпуса 2. Высокое переменное входное давление Рвх понижается до величины Рвых задаваемой регулирующей пружиной 1 и воздействует на мембрану 5, сжимая запирающую пружину 13, перемещает мембрану 5 и связанный с ней регулирующий орган 12 с кольцевым уплотнителем 15, тем самым, открывая клапан-золотник в некотором положении. А именно образуется и поддерживается постоянным некий зазор между седлом 11 и уплотнительным кольцом 15 регулирующего органа 12, который определяет площадь проходного сечения золотника 6. Площадь проходного сечения золотника 6 определенным образом связана с силой сжатия регулрфующей пружины 1, входным давлением Рвх и расходом газа.
При уменьшении выходного давления Рвых, что может быть вызвано уменьшением входного давления Рвх или увеличением расхода газа, мембрана 5 под действием пружршы 1 опускается и перемещает регулирующий орган 12 с уплотнительным кольцом 15 вниз и увеличивает проходное сечение рабочего клапана золотника 6, компенсируя воздействие исходного уменьшения выходного давления.
Увеличение выходного давления в результате увеличения входного давления или уменьшения расхода газа вызывает обратное действие указанных деталей.
Регулятор давления реализован с использованием серийного автомобильного золотника вместо клапана с седлом, регулируюпщм органом и запирающей пружиной, расположенной над седлом. Регулятор представляет собой камеру диаметром 28 мм, длиной 33 мм, с выходящими из нее входным и выходным штуцерами. Корпус выполнен из алюминиевого сплава, мембрана из эластичного резинового материала. В предлагаемом регуляторе давления площадь проходного сечения клапана золотника
,75 мм, площадь мембраны ,5 мм. Отношение этих нлощадей составляет 227 и находится в диапазоне 200 Si/S2 300. Регулятор давления испытывался входным давлением газа в диапазоне от ЮОкПа до 320кПа с объемным расходом 1 л/мин. График зависимости выходного давления от входного показан на фиг.З. Из графика видно что экспериментальная кривая А близка к наиболее приемлемой Б. Идеальная кривая Б, которая приближается к горизонтальной линии, отражает высокую точность работы идеального регулятора. Пневмоавтоматика ракетнокосмических систем под редакцией академика АН УССР В.С.Будника. Москва, Машиностроение, 1979, стр.22
Таким образом, у полезной модели заявленного регулятора давления газа точность выходного давления при существенном диапазоне изменения входного давления на порядок выше, чем у прототипа. Маленькая площадь проходного сечения клапана золотника ,75 мм и существенно больше её площадь мембраны ,5 мм позволили увеличить точность работы регулятора. Погрешность работы данного устройства не выходнпг за диапазон (4-8)%.
Падежность работы заявляемого регулятора увеличилась в несколько раз по сравнению с прототипом за счет введения в конструкцию малогабаритного, серийно выпускаемого нашей промышленностью автомобильного золотника с малой площадью проходного сечения клапана, в котором запирающая пружина расположена над седлом.
Введение в конструкцию заявляемого регулятора давления газа автомобильного золотника позволило ) габариты устройства относительно прототипа в 2,5 раза.