РЕГУЛЯТОР ДАВЛЕНИЯ УРАВНОВЕШЕННЫЙ
BALANCED PRESSURE REGULATOR

Изобретение относится к устройствам пневмоавтоматики для космической техники и может быть использовано также в различных областях промышленности для работы со сжатыми газами, в том числе с гелием, при необходимости понижения давления газа до заданной величины и автоматического поддержания этого давления в заданных пределах.
Известно устройство регулятора давления «после себя» с встроенным импульсным механизмом (Эйсмонт В.П. «Регуляторы», - Санкт-Петербург, 2012, стр. 236, рис. 6.2), включающее корпус с входным и выходным каналами, два неподвижно закрепленных в корпусе седла, подпружиненный клапан, чувствительный элемент, нагрузочную пружину, размещенную в стакане и опирающуюся на тарель, регулировочный винт.
Известен регулятор абсолютного давления с двухседельным клапаном (Голубев М.Д. «Газовые регуляторы давления» под редакцией д. т. н. проф. Г.И. Воронина, М.: Машиностроение, 1964, с. 152, фиг. 21), состоящий из двух седел, подпружиненного клапана, чувствительного элемента, нагрузочной пружины и регулировочного винта.
Недостатками известных устройства и регулятора являются:
-  невысокая точность выходного давления при значительном изменении входного в результате выполнения одного из двух седел с большим диаметром, что ведет к созданию неуравновешенной силы и уменьшению эффекта от разгрузки;
-  высокая утечка по седлам вследствие их соосности и расположения уплотнительных поверхностей на одном золотнике, которая появляется при отсутствии потребления рабочей среды на выходе регулятора давления и приводит к необходимости создания компенсационных элементов как со стороны конструкции самого регулятора давления, так и со стороны системы (усиление вспомогательной пружины, разноразмерность седел, гарантиро-ванный сброс рабочей среды из системы).
Известен клапанный распределитель рычажно-поршневого типа (Д.Е Чегодаев, О.П. Мулюкин «Гидропневмотопливные агрегаты и их надежность», Куйбышевское книжное издательство, 1990, с. 37, рис. 2.2.в), состоящий из двух седел, двух установленных параллельно друг другу запорных органов, которые кинематически связаны равноплечим качающимся рычажным механизмом.
Недостатком известного распределителя является невозможность понижения давления рабочей среды на выходе.
Известен регулятор давления (патент РФ № 2587692 - прототип), содержащий корпус с входным и выходным штуцерами и неподвижно установленным седлом, перекрываемым подпружиненным клапаном, чувствительный элемент, нагрузочную пружину, размещенную в стакане и опирающуюся на тарель, на боковой поверхности которой выполнены проточки с установленными в них фторопластовыми кольцами, двуплечий рычаг, ось вращения которого закреплена в корпусе, регулировочный винт.
Недостатками известного регулятора являются:
-  низкая точность поддержания выходного давления при изменении входного давления (более 30%) за счет малой площади чувствительного элемента, а также наличия неразгруженной площади золотника, находящейся под воздействием входного и выходного давлений рабочей среды;
-  недостаточная герметичность по седлу при работе с гелием за счет применения уплотнения «металл по металлу» и возможности перекоса клапана относительно седла из-за неточности выполнения деталей, которую нечем компенсировать.
Задачей технического решения является устранение указанных недостатков, а именно: обеспечение высокой точности выходного давления при значительном изменении входного и высокой герметичности по седлу при работе с гелием.
Поставленная задача решается тем, что в заявленном устройстве, состоящим из корпуса с входным и выходным штуцерами и неподвижно установленным седлом, перекрываемым клапаном, поджатым пружиной, чувствительного элемента, нагрузочной пружины, размещенной в стакане и опирающейся на тарель, на боковой поверхности которой выполнены проточки с установленными в них фторопластовыми кольцами, регулировочного винта, двуплечего рычага, ось вращения которого закреплена в корпусе, согласно изобретению, в корпусе неподвижно установлено дополнительное седло с диаметром проходного сечения равным диаметру проходного сечения вышеупомянутого седла, перекрываемое дополнительным клапаном, ось которого параллельна оси первоначально упомянутого клапана, а направление поджатия клапанов к седлам взаимно противоположное, при этом двуплечий рычаг выполнен с равными плечами: первое плечо посредством толкателей через
промежуточный элемент, жестко закрепленный на нем, с одной стороны взаимодействует со штоком чувствительного элемента, с другой стороны со штифтом первоначально упомянутого клапана, а второе плечо через промежуточный элемент, закрепленный на нем с возможностью поворота, с одной стороны, поочередно, в зависимости от давления, посредством сферической и резьбовой частей взаимодействует с дополнительным клапаном, с другой стороны с пружиной, установленной в корпусе.
Заявленное устройство представлено на чертежах: на фиг. 1 изображен общий вид регулятора давления уравновешенного в разрезе; на фиг. 2 - вид А с фиг. 1; на фиг. 3 - вид Б с фиг. 1.
Регулятор давления уравновешенный (фиг. 1) состоит из корпуса 1, по технологическим соображениям выполненного составным, с входным штуцером 2, выходным штуцером 3 (фиг. 2), седла 4, клапана 5, поджатого пружиной 6, чувствительного элемента 7, например, в виде сильфона, со штоком 8, регулировочного винта 9 нагрузочной пружины 10, размещенной в стакане 11 и опирающейся на тарель 12, на боковой поверхности которой выполнены проточки 13 с установленными в них фторопластовыми кольцами 14, дополнительного седла 15 (фиг. 3), при этом диаметры проходных сечений обоих седел равны (d1=d2), дополнительного клапана 16, двуплечего рычага 17, ось вращения 18 которого закреплена в корпусе 1, при этом первое плечо 19 двуплечего рычага 17 посредством толкателей 20 и 21, перемещающихся в корпусе 1, через промежуточный элемент 22, жестко закрепленный на плече 19, с одной стороны взаимодействует со штоком 8 чувствительного элемента 7, с другой стороны со штифтом 23, запрессованным в клапан 5, при этом на втором плече 24 с возможностью поворота вокруг оси 25 закреплен промежуточный элемент 26, из соображения регулировки выполненный составным, который с одной стороны поочередно в процессе работы регулятора посредством сферической части 27 (при повышении давления на выходе) и резьбовой части 28 (при падении давления на выходе) взаимодействует с дополнительным клапаном 16, а с другой стороны с пружиной 29, установленной в корпусе 1.
Описание работы.
Регулятор давления уравновешенный нормально открыт.
Понижение входного давления осуществляется путем одновременного дросселирования рабочей среды в кольцевых щелях В и Г (фиг. 3), образующихся при отжатии клапана 5 от седла 4 и дополнительного клапана 16 от дополнительного седла 15.
Поддержание установленного рабочего давления постоянным достигается непрерывным автоматическим регулированием кольцевых щелей В и Г за счет уравновешивания сил, действующих на клапан 5 и дополнительный клапан 16 через двуплечий рычаг 17.
В исходном положении регулировочный винт 9 разгружен, клапан 5 и дополнительный клапан 16 отстоят от седла 4 и дополнительного седла 15 соответственно.
Настройку регулятора давления уравновешенного на заданное давление на выходе производят при подведенном на вход давлении рабочей среды. При ввертывании, регулировочный винт 9 сжимает нагрузочную пружину 10, усилие от которой через тарель 12, шток 8, толкатель 20, посредством промежуточного элемента 22 передается на первое плечо 19 двуплечего рычага 17, и далее через толкатель 21 и штифт 23 - на клапан 5, который, преодолевая усилие пружины 6, отжимается от седла 4, образуя кольцевую щель В. Одновременно, двуплечий рычаг 17 поворачивается по часовой стрелке вокруг оси 18, преодолевая усилие пружины 29, и, посредством второго плеча 24 и резьбовой части 28 промежуточного элемента 26 отжимает дополнительный клапан 16 от дополнительного седла 15, образуя кольцевую щель Г. При этом через обе кольцевые щели В и Г рабочая среда из полости высокого давления Д дросселируется во внутреннюю полость рабочего давления Е (фиг. 1, 2) и поступает на выход.
Регулировочный винт 9 ввертывают до тех пор, пока давление на выходе не достигнет заданного уровня.
Автоматическое регулирование давления на выходе происходит следующим образом.
При повышении давления на выходе и в полости Е увеличивается сила от давления рабочей среды на чувствительный элемент 7, который вместе со штоком 8 перемещается, преодолевая усилие нагрузочной пружины 10, ослабевает сила, действующая на первое плечо 19 двуплечего рычага 17 и клапан 5 посредством пружины 6 поджимается к седлу 4, уменьшая кольцевую щель В. Одновременно, двуплечий рычаг 17 поворачивается против часовой стрелки вокруг оси 18 и посредством второго плеча 24 и сферической части 27, промежуточного элемента 25 поджимает дополнительный клапан 16 к дополнительному седлу 15, уменьшая кольцевую щель Г. Обе кольцевые щели В и Г будут уменьшаться до тех пор, пока давление в полости Д не будет равно давлению настройки.
При падении давления на выходе и в полости Е, уменьшается сила от давления рабочей среды на чувствительный элемент 7, под действием нагрузочной пружины 10 шток 8 перемещается и через систему деталей (смотри настройку), преодолевая усилие пружины 6 отжимает клапан 5 от седла 4, увеличивая кольцевую щель В. Одновременно, двуплечий рычаг 17 поворачивается по часовой стрелке вокруг оси 18 и, преодолевая усилие пружины 29, посредством второго плеча 24 и резьбовой части 28 промежуточного элемента 25 отжимает дополнительный клапан 16 от дополнительного седла 15, увеличивая кольцевую щель Г. Увеличение кольцевых щелей В и Г будет происходить до тех пор, пока давление в полости Д не будет равно давлению настройки.
Заявленное техническое решение позволит:
-  повысить точность поддержания выходного давления при значительном изменении входного путем исключения влияния неразгруженной площади на функционирование регулятора давления за счет взаимной компенсации неразгруженных площадей обоих клапанов, достигаемой за счет равенства диаметров проходного сечения обоих седел – d1=d2, а так же кинематической связкой клапанов, сила от высокого давления рабочей среды на которые действует во взаимно противоположном направлении через двуплечий рычаг, за счет равноплечности двуплечего рычага достигается эквивалентность как усилий, воспринимаемых клапанами, так и высот подъема обоих клапанов относительно седел, кроме того, повышению точности давления настройки способствует использование сферической части промежуточного элемента второго плеча двуплечего рычага, позволяющей исключить возникновение неуравновешенных сил, а следовательно ошибки давления настройки;
-  повысить герметичность по седлу при работе с гелием за счет применения отдельных пружин, поджимающих каждый клапан к седлу, а также посредством исключения деформации уплотнителя клапана, которая может повлечь изменение сформированного при сборке и эксплуатации следа от седла на уплотнителе, за счет запрессовки в клапан штифта из твердого материала, воспринимающего на себя всю силовую нагрузку от нагрузочной пружины, кроме того, повышению герметичности способствует использование сферической части промежуточного элемента второго плеча двуплечего рычага, играющей роль шарнира при взаимодействии клапанов и минимизирующей осевые отклонения дополнительного клапана, при этом исключается влияние изгиба пружины на равномерность прижатия дополнительного клапана к дополнительному седлу.