РЕДУКЦИОННЫЙ КЛАПАН
PRESSURE REDUCING VALVE

Изобретение относится к области пневмоавтоматики и может быть использовано для регулирования давления газа в системах газоснабжения стартовых комплексов.
Известен регулятор давления по авторскому свидетельству СССР №559712, кл. G05D 16/06 (прототип), содержащий в корпусе клапан, седло, чувствительный элемент сильфонного типа с направляющей втулкой, нагрузочную пружину. С целью устранения автоколебаний между корпусом и втулкой установлена металлическая цанга, обеспечивающая трение при перемещении чувствительного элемента.
Недостатком прототипа является то, что трение в подвижных частях является сухим трением металлических деталей. При работе регулятора в местах трения могут образовываться надиры, «схватывание» частиц, изменяющее характер трения, что снижает надежность гашения автоколебаний.
Предложен редукционный клапан (КР), содержащий в корпусе клапан, седло, чувствительный элемент мембранного типа с направляющим хвостовиком, нагрузочную пружину.
С целью устранения автоколебаний на хвостовике предусмотрены установленные в расточке корпуса кольца из фторопласта. Кольца поджаты в осевом направлении прижимом через тарельчатую пружину. Они имеют коническую форму контактирующих между собой поверхностей и выполнены с разрезом по поперечному сечению. Обеспечена возможность регулирования усилия вязкого трения между хвостовиком и кольцами при помощи накидной гайки, воздействующей на тарельчатую пружину через прижим.
Основным отличием предложенного КР является то, что в качестве материала колец, создающих трение, использован фторопласт (фторопласт-4). Этот материал обладает кроме сухого еще и вязким трением.
Положительный эффект от использования изобретения заключается в повышении надежности исключения автоколебаний.
На фиг. 1, фиг. 2 изображен КР в разрезе.
На фиг. 3 - кольцо с наружным конусом и поперечным разрезом (поз. 6).
На фиг. 4 - кольцо с внутренним конусом и поперечным разрезом (поз. 11).
КР состоит из корпуса 1, в котором имеется клапан 2, седло 16, чувствительный элемент мембранного типа 3 с направляющим хвостовиком 4, взаимодействующим с нагрузочной пружиной 5. В расточке корпуса 1 установлены кольца 6 и 11, выполненные из фторопласта (фторопласт-4) и охватывающие направляющий цилиндр хвостовика 4. Кольца 6 и 11 поджаты в осевом направлении тарельчатой пружиной 7 от накидной гайки 8 через прижим 9.
Кольца 6 (фиг. 3) и 11 (фиг. 4) имеют коническую форму контактирующих между собой поверхностей с углом конуса α, на них выполнены разрезы по поперечному сечению с обеспечением гарантированного зазора δ в собранном КР. Разрезы колец 6 и 11 при сборке системы необходимо разнести противоположно относительно друг друга.
Кольца 6 и 11 могут быть выполнены с двухсторонними конусами, а в прижиме 9 и расточке корпуса 1 предусмотрены ответные конусные поверхности, контактирующие с кольцами 6 или 11.
В КР обеспечена возможность регулирования усилия вязкого трения между хвостовиком 4 и кольцами 6 и 11 при помощи накидной гайки 8, воздействующей на прижим 9 через тарельчатую пружину 7. Выходное давление КР регулируется винтом 10. В корпусе 1 выполнены входной канал 12, выходной канал 13, канал 14 который связывает подмембранную полость 15 с выходным каналом 13.
тр
вых
м
Для исключения автоколебаний при отработке КР проводится регулирование усилия трения между хвостовиком 4 и кольцами 6 и 11 путем подбора угла α колец и усилием поджатая тарельчатой пружины 7. При этом величина усилия трения (Q) не должна ухудшать заданную погрешность КР (ΔР) с учетом эффективного диаметра мембраны (F). Исходя из этого при регулировке КР обеспечивается соотношение:
тр
вых
м
Q ≤ ΔР ⋅ F,
тр
где Q - величина усилия трения,
вых
ΔР - погрешность КР,
м
F - эффективный диаметр мембраны.
Работает КР следующим образом.
В исходном положении без подачи входного давления клапан 2 открыт, чувствительный элемент 3 находится на упоре корпуса 1 под действием нагрузочной пружины 5. В рабочей схеме КР в выходной магистрали установлен запорный элемент, например электропневмоклапан (ЭПК). В исходном положении ЭПК закрыт.
При подаче входного давления на канал 12 происходит заполнение выходной магистрали до закрытого ЭПК. Через каналы 13, 14 заполняется подмембранная полость 15. При выравнивании усилия действия выходного давления в полости 15 на чувствительный элемент 3 с усилием нагрузочной пружины 5 клапан 2 закрывается. В выходной магистрали устанавливается давление настройки КР в без расходном режиме.
При отборе выходного давления путем открытия ЭПК происходит падение выходного давления в полости 15, пружина 5 открывает клапан 2. Через него происходит редуцирование давления, и на выходе КР устанавливается выходное давление в расходном режиме. Отслеживание постоянного выходного давления в расходном режиме в условиях внешних динамических нагрузок и изменения входного давления сопровождается колебательными процессами подвижной системы КР вдоль его оси.
При совпадении частоты воздействующих колебаний с собственной частотой подвижной системы появляются резонансные автоколебания, приводящие к разрушению уплотнителей и потере работоспособности КР.
Устранение автоколебаний в КР осуществляется усилием трения, создаваемого кольцами 6 и 11, выполненными из фторопласта. Положительным свойством фторопласта является то, что при скольжении по металлу он имеет составляющие сухого и вязкого трения. При малых скоростях статический и динамический коэффициенты трения близки по своему значению. При повышенных скоростях перемещения, свойственных КР, проявляется эффект вязкого трения, при котором статический коэффициент трения меньше динамического. Для фторопласта-4 соотношение этих коэффициентов 0,91 по экспериментальным данным работы «Полимерные материалы для узлов трения» / В.Е. Бухин, В.Н. Евсеев, Ю.А. Постников, А.Ю. Федосеева // Технология, организация производства и управления (НИИ Энергомаш). - 1987. - №15.
Приведенные свойства колец, выполненных из фторопласта, повышают надежность устранения автоколебаний в КР и позволяют обеспечить их устранение при сниженном усилии трения, что в итоге повышает точность КР.
Заявленное техническое решение проверено на опытных образцах КР АБР-029, АБР-030, АБР-031, АБР-032. Результаты испытаний положительные.