РЕДУКТОР ДАВЛЕНИЯ
PRESSURE REDUCER

Область техники, к которой относится изобретение
Настоящее изобретение относится к редуктору давления для снижения давления подводимой текучей среды под давлением до требуемого давления и отвода текучей среды под давлением.
Предпосылки создания изобретения
В публикации выложенной заявки на патент Японии №10-198433 заявитель настоящего изобретения предложил редуктор давления, обеспечивающий снижение давления текучей среды под давлением, подводимой с первой стороны, до требуемого давления и отвод на вторую сторону. В случае, когда текучая среда под давлением подводится при требуемом заданном давлении от источника текучей среды под давлением в гидро- или пневмопривод, редуктор давления размещается между источником текучей среды под давлением и гидро- или пневмоприводом, что обеспечивает снижение давления текучей среды под давлением, подводимой с первой стороны от источника текучей среды под давлением, до требуемого давления, соответствующего характеристикам гидро- или пневмопривода, соединенного со второй стороной, после чего текучая среда под давлением подается на вторую сторону.
Сущность изобретения
Общей целью настоящего изобретения является создание редуктора давления, позволяющего уменьшить количество воздуха, расходуемого редуктором давления.
Настоящее изобретение характеризуется тем, что редуктор давления имеет тело клапана, управляющее потоком текучей среды под давлением, подводимой с первой стороны в камеру противодавления, за счет отделения и закрытия этой камеры относительно сопла, и мембранную камеру, сообщающуюся с камерой противодавления через клапанный элемент, размещенный в теле клапана, для снижения давления текучей среды под давлением, подводимой с первой стороны, до требуемого давления и отвода текучей среды под давлением на вторую сторону.
Редуктор давления включает в себя тело клапана, размещенное между камерой противодавления и мембранной камерой с возможностью перемещения относительно сопла, первый соединительный канал, который соединяет первую сторону с камерой противодавления и переключение состояния которого осуществляется с помощью тела клапана, и второй соединительный канал, сообщающийся со второй стороной и мембранной камерой.
Со стороны подвода текучей среды в камеру противодавления размещена заслонка тела клапана, первый соединительный канал соединяется со стороной подвода текучей среды, а камера противодавления сообщается через второй соединительный канал со второй стороной.
Согласно настоящему изобретению редуктор давления, который обеспечивает снижение давления текучей среды под давлением и протекание текучей среды под давлением от первой стороны на вторую сторону, снабжен первым соединительным каналом, который соединяет первую сторону с камерой противодавления, и переключение состояния которого обеспечивается с помощью тела клапана, а также вторым соединительным каналом, сообщающимся со второй стороной и мембранной камерой, позволяющими полностью перекрыть (или блокировать) подачу текучей среды под давлением в камеру противодавления с помощью тела клапана в случае, когда заданное давление текучей среды под давлением со второй стороны предварительно не задается. И поэтому текучая среда под давлением в атмосферу не выпускается. В то же время даже в случае задания заданного давления текучая среда под давлением в камере противодавления протекает на вторую сторону через сопло, мембранную камеру и второй соединительный канал, и поэтому в атмосферу не выпускается. В результате, возможность подачи и использования давления управления на второй стороне позволяет ограничить бесполезный расход текучей среды под давлением и уменьшить величину расхода этой среды.
Указанные выше и другие цели, возможности и преимущества согласно настоящему изобретению становятся более очевидными из следующего ниже описания, сопровождаемого ссылками на прилагаемые чертежи, на которых предпочтительные варианты осуществления согласно настоящему изобретению иллюстрируются в качестве примеров.
Краткое описание чертежей
Фиг.1 - общий вид редуктора давления согласно первому примеру осуществления настоящего изобретения в сечении;
фиг.2 - условное изображение, иллюстрирующее редуктор давления, представленный на фиг.1;
Фиг.3 - общий вид редуктора давления согласно второму примеру осуществления настоящего изобретения в сечении;
Фиг.4 - условное изображение, иллюстрирующее редуктор давления, представленный на фиг.3;
Фиг.5 - общий вид редуктора давления согласно третьему примеру осуществления настоящего изобретения;
Фиг.6 - увеличенное сечение управляющего клапана в редукторе давления, представленном на фиг.5; и
Фиг.7 - условное изображение, иллюстрирующее редуктор давления, представленный на фиг.5.
Описание примеров осуществления
Как показано на фиг.1 и 2, редуктор 10 давления включает в себя корпус 12, клапанный механизм 14 для переключения режима протекания текучей среды, которая протекает внутри корпуса 12, крышку 16, соединенную с верхней частью корпуса 12, и исполнительный механизм 18, установленный с возможностью поворота над крышкой 16.
Корпус 12 состоит из первого корпуса 24, имеющего первый боковой канал (с первой стороны) 20 и второй боковой канал (со второй стороны) 22, второго корпуса 26, размещенный над первым корпусом 24, и третьего корпуса 28, размещенного над вторым корпусом 26. Первый корпус 24, второй корпус 26 и третий корпус 28 собраны в одно целое с помощью непоказанных болтов.
Первый боковой канал 20 открыт со стороны одной боковой поверхности корпуса и соединен с непоказанным источником текучей среды под давлением. Второй боковой канал 22 открыт со стороны другой боковой поверхности корпуса и соединен с непоказанным гидро- или пневмоприводом. Между первым боковым каналом 20 и вторым боковым каналом 22 сформирован соединительный канал 30, обеспечивающий сообщение между первым боковым каналом 20 и вторым боковым каналом 22. Внутри соединительного канала 30 сформировано седло 32 клапана, на которое может садиться рассматриваемый ниже основной клапан 66.
Кроме того, в нижней части первого корпуса 24 выполнено монтажное отверстие 34, открытое вниз и сообщающееся с соединительным каналом 30. Снизу в монтажное отверстие 34 вставлена запирающая пробка 36, фиксируемая стопорным кольцом 38. В результате, монтажное отверстие 34 затыкается запирающей пробкой 36, и сообщение между соединительным каналом 30 и окружающей средой блокируется.
Между первым корпусом 24 и вторым корпусом 26 с помощью первого удерживающего элемента 40, установленного в центре, размещена первая мембрана 42, а между вторым корпусом 26 и третьим корпусом 28 с помощью второго удерживающего элемента 44 пластинчатой формы размещена вторая мембрана 46. В центральной части первого удерживающего элемента 40 выполнено отверстие 48, проходящее в направлении оси (в направлении стрелок А и В).
Кроме того, под первой мембраной 42 между первым корпусом 24 и первой мембраной 42 размещена первая мембранная камера 50, сообщающаяся через соединительное отверстие 52, выполненное в первом корпусе 24, со вторым боковым каналом 22. А между первой мембраной 42 и второй мембраной 46 находится вторая мембранная камера 54, сообщающаяся с выпускным каналом 56, открытым с боковой стороны второго корпуса 26. В частности, через выпускной канал 56 вторая мембранная камера 54 сообщается с внешней средой.
Над второй мембраной 46 между второй мембраной 46 и третьим корпусом 28 размещена камера 58 противодавления сопла (камера 58 противодавления), сообщающаяся со сквозным отверстием 60, проходящим в направлении оси в центре третьего корпуса 28.
В корпусах 24, 26, 28 с первого по третий со стороны первого бокового канала 20 относительно центра корпуса 12 сформирован перепускной канал (первый соединительный канал) 62, сообщающийся с первым боковым каналом 20 и сквозным отверстием 60. В частности, перепускной канал 62 соединяется с верхней частью первого бокового канала 20, а после прохождения вверх через корпусы 24, 26, 28 с первого по третий изгибается в третьем корпусе 28 под прямым углом в сторону центра и соединяется со сквозным отверстием 60.
Кроме того, в корпусах 24, 26, 28 с первого по третий со стороны второго бокового канала 22 относительно центра корпуса 12 сформирован канал 64 обратной связи (второй соединительный канал), сообщающийся со вторым боковым каналом 22 и описываемой ниже третей мембранной камерой (мембранной камерой) 90 в крышке 16. В частности, канал 64 обратной связи соединяется с верхней частью второго бокового канала 22, а после прохождения вверх через корпусы 24, 26, 28 с первого по третий изгибается в третьем корпусе 28 под прямым углом в сторону центра, затем изгибается вверх под прямым углом и соединяется с третьей мембранной камерой 90.
Перепускной канал 62 и канал 64 обратной связи сформированы так, что не сообщаются ни с первой, ни со второй мембранными камерами 50, 54, ни с камерой 58 противодавления сопла.
Клапанный механизм 14 установлен в соединительном канале 30 в первом корпусе 24 и включает в себя основной клапан 66, установленный с возможностью перемещения в вертикальном направлении (в направлении стрелок А и В), и первую пружину 68, размещенную между основным клапаном 66 и запирающей пробкой 36.
Основной клапан 66 содержит запорный элемент 70, размещенный над запирающей пробкой 36, и выполненный в форме конуса, постепенно сужающегося вверх, и уплотняющий элемент 72, сформированный над запорным элементом 70 и предназначенный для закрывания отверстия 48 первого удерживающего элемента 40. Уплотняющий элемент 72 основного клапана 66 вставлен в направляющее отверстие 74, проходящее через центр первого корпуса 24 и обеспечивающее возможность перемещения этого уплотняющего элемента 72 в направлении оси.
Первая пружина 68 представляет собой, например, спиральную пружину, обеспечивающую подпружинивание основного клапана 66 в направлении удаления от запирающей пробки 36 (в направлении стрелки А) и посадку запорного элемента 70 в седло 32 клапана в первом корпусе 24.
Крышка 16 имеет форму цилиндра, соединяющегося с верхней частью третьего корпуса 28 через основание 76, расположенное на нижнем конце крышки 16. Между крышкой 16 и основанием 76 установлена третья мембрана 78 с третьим удерживающим элементом 80. Третий удерживающий элемент 80 размещен практически в центре третьей мембраны 78. Внутри крышки 16 установлены вторая пружина 82, представляющая собой спиральную пружину, а также поворотная ось 84 и держатель 86 пружины, образующие исполнительный механизм 18.
На верхней поверхности третьей мембраны 78 установлен дисковый элемент 88, надетый на третий удерживающий элемент 80. Конец второй пружины 82 закреплен на верхней части дискового элемента 88. Между третьей мембраной 78 и основанием 76 сформирована третья мембранная камера 90, которая сообщается со сквозным отверстием 60 в третьем корпусе 28.
Основание 76 снабжено соплом 92, выступающим вниз практически из центра этого основания и вставленным в сквозное отверстие 60 в третьем корпусе 28.
Внутри сопла 92 имеются отверстие 94 для клапана, которое проходит в направлении оси (в направлении стрелок А и В), и в которое вставлен описываемый ниже управляющий клапан (тело клапана) 93, и пара боковых отверстий 96, открытых в направлении перпендикуляра к отверстию 94 для клапана. Перепускной канал 62 и отверстие 94 для клапана сообщаются между собой через боковые отверстия 96.
Внутри управляющего клапана 93 сформирован канал 98 управления, который проходит в направлении оси (в направлении стрелок А и В). Управляющий клапан 93 установлен с возможностью перемещения в направлении оси (в направлении стрелок А и В) относительно отверстия 94 для клапана и сквозного отверстия 60. На верхнем конце управляющего клапана 93 сформирован клапанный элемент 100, имеющий в сечении форму полусферического углубления, в котором удерживается сфера 106 (описываемая ниже).
Кроме того, между нижним концом управляющего клапана 93 и сквозным отверстием 60 установлена третья пружина 102, подпружинивающая управляющий клапан 93 вверх (в направлении стрелки А). В результате, обеспечивается контакт заслонки 104 управляющего клапана с нижним концом сопла 92, и сообщение между отверстием 94 для клапана и камерой 58 противодавления сопла блокируется.
В то же время сфера 106, удерживаемая в клапанном элементе 100, закрывает канал 98 управления, и под действием силы упругости третьей пружины 102 в нормальном состоянии находится в контакте с нижней поверхности третьего удерживающего элемента 80.
Исполнительный механизм 18 снабжен поворотной осью 84, соединенной с помощью резьбы с верхним участком крышки 16, и рукояткой 108, надетой на поворотную ось 84. Рукоятка 108 установлена так, что закрывает верхний участок крышки 16. Кроме того, на нижний конец поворотной оси 84 через фланец навинчен держатель 86 пружины, на котором закреплен другой конец второй пружины 82. В частности, вторая пружина 82 установлена между держателем 86 пружины и дисковым элементом 88 внутри крышки 16 и служит для подпружинивания держателя 86 пружины и дискового элемента 88 в направлении удаления одного от другого.
За счет поворота рукоятки 108 как одно целое с этой рукояткой поворачивается и поворотная ось 84, что приводит к перемещению держателя 86 пружины, навинченного на поворотную ось 84, в направлении оси. В результате этого, вторая пружина 82, например, подвергается сжатию через держатель 86 пружины, и сила сжатия этой пружины прикладывается к третьей мембране 78.
Редуктор 10 давления согласно первому примеру осуществления настоящего изобретения имеет конструкцию, в основном соответствующую приведенному выше описанию. Далее описываются работа и преимущества этого редуктора 10 давления.
Прежде всего, через непоказанную трубу с первым боковым каналом 20 соединяют источник текучей среды под давлением (непоказанный), а со вторым боковым каналом 22 соединяют, например, требуемый гидро- или пневмопривод типа цилиндра или т.п.При этом текучая среда под давлением подается от непоказанного источника текучей среды под давлением в первый боковой канал 20.
После выполнения указанных выше предварительных операций оператор поворачивает рукоятку 108, которая входит в состав исполнительного механизма 18, в определенном направлении, обеспечивая, тем самым, опускание держателя 86 пружины и сжатие второй пружины 82, под действием силы упругости которой дисковый элемент 88 и третья мембрана 78 отжимаются вниз с определенным давлением (с заданным давлением). В результате отжатия третьей мембраны 78 вниз происходит опускание управляющего клапана 93, которое осуществляться против действия силы упругости третьей пружины 102, и отделение заслонки 104 от нижнего конца сопла 92. Поэтому текучая среда под давлением, протекающая через перепускной канал 62, начинает проходить через сквозное отверстие 60 и поступать в камеру 58 противодавления сопла.
При этом давление (противодавление сопла) в камере 58 противодавления сопла поднимается, вторая мембрана 46 отжимается под действием этого противодавления сопла вниз, одновременно вниз отжимается и первая мембрана 42, и через первый удерживающий элемент 40 происходит опускание основного клапана 66, которое осуществляется против действия силы упругости первой пружины 68. В результате, запорный элемент 70 основного клапана 66 отделяется от седла 32 клапана в первом корпусе 24 и, таким образом, обеспечивается сообщение между первым боковым каналом 20 и вторым боковым каналом 22. Поэтому текучая среда под давлением, подаваемая в первый боковой канал 20, начинает протекать через соединительный канал 30 во второй боковой канал 22.
При этом часть текучей среды под давлением, протекающей во второй боковой канал 22, через канал 64 обратной связи протекает в третью мембранную камеру 90, и давление в третьей мембранной камере 90 повышается. Вследствие этого третья мембрана 78 отжимается вверх против действия силы сжатия второй пружины 82. Поэтому под действием силы упругости третьей пружины 102 управляющий клапан 93 перемещается вверх.
При уравновешивании давления в третьей мембранная камере 90 силой сжатия второй пружины 82 заслонка 104 управляющего клапана 93 садится на задний конец сопла 92, блокируя, тем самым, поток текучей среды под давлением в камеру 58 противодавления сопла. В результате, текучая среда под давлением, давление которой была доведено до заданного давления, регулируемого с помощью рукоятки 108, протекает во второй боковой канал 22 и подводится в непоказанный гидро- или пневмопривод.
С другой стороны, когда давление во втором боковом канале 22 становится выше заданного давления, задаваемого углом поворота (числом поворотов) рукоятки 108, текучая среда под давлением, имеющая повышенное давление, протекает через канал 64 обратной связи в третью мембранную камеру 90 и обеспечивает отжатие третьей мембраны 78 вверх (в направлении стрелки А) против силы упругости второй пружины 82. В то же время, так как давление текучей среды под давлением в камере 58 противодавления сопла и в канале 98 управления выше, чем давление текучей среды под давлением в третьей мембранной камере 90, то под действием разности давлений (перепада давлений) сфера 106 отжимается вверх и отделяется от клапанного элемента 100.
В результате, обеспечивается сообщение между каналом 98 управления и третьей мембранной камерой 90, и текучая среда под давлением в камере 58 противодавления сопла начинает протекать через канал 98 управления в третью мембранную камеру 90, что приводит к снижению давления в камере 58 противодавления сопла. При этом сфера 106 и клапанный элемент 100 используются в качестве механизм заслонки сопла.
Снижение противодавления сопла вызывает перемещение первой мембраны 42 и второй мембраны 46 вверх и отделение уплотняющего элемента 72 основного клапана 66 от первого удерживающего элемента 40. При этом под действием силы упругости первой пружины 68 основной клапан 66 поднимается вверх, и его запорный элемент 70 садится в седло 32 клапана. Поэтому отверстие 48 в первом удерживающем элементе 40, которое было закрыто уплотняющим элементом 72 основного клапана 66, открывается, и текучая среда под давлением, имеющая повышенное давление, начинает поступать из второго бокового канала 22 через отверстие 48 во вторую мембранную камеру 54 и выпускаться в атмосферу через выпускной канал 56.
Как было показано выше, в редукторе давления согласно первому примеру осуществления имеется канал 64 обратной связи, который при протекании текучей среды под давлением из первого бокового канала 20 во второй боковой канал 22 обеспечивает сообщение между вторым боковым каналом 22 и третьей мембранной камерой 90 и возможность протекания текучей среды под давлением, поступающей в камеру 58 противодавления сопла, через канал 64 обратной связи во второй боковой канал 22 без выпускания во внешнюю среду.
При такой конструкции в случае, когда давление со второй стороны (заданное давление) текучей среды под давлением во втором боковом канале 22 предварительно не задается, заслонка 104 управляющего клапана 93 сидит на нижнем конце сопла 92, полностью блокируя подачу текучей среды под давлением в камеру 58 противодавления сопла. Поэтому текучая среда под давлением, создающая давление управления, в атмосферу не выпускается. Кроме того, даже в случае задания и регулирования давления со второй стороны (заданного давления) текучей среды под давлением во втором боковом канале 22 с помощью исполнительного механизма 18, текучая среда под давлением в камере 58 противодавления сопла протекает во второй боковой канал 22 через канал 98 управления и третью мембранную камеру 90 и поэтому в атмосферу не выпускается. В результате, по сравнению с традиционным редуктором давления, в котором текучая среда под давлением, создающая давление управления, выпускается в атмосферу, возможность подачи давления управления во второй боковой канал 22 позволяет ограничить бесполезный расход текучей среды под давлением и обеспечить эффективное уменьшение величины расхода этой текучей среды.
Ниже приводится описание редуктора 150 давления согласно второму примеру осуществления с иллюстрациями на фиг.3 и 4. Составляющие элементы этого редуктора, совпадающие с соответствующими составляющими элементами редуктора 10 давления согласно первому примеру осуществления, обозначены теми же ссылочными позициями и их подробное описание не приводится.
Редуктор 150 давления согласно второму примеру осуществления отличается от редуктора 10 давления согласно первому примеру осуществления наличием в корпусе 12 ответвительного канала 152, который ответвляется от канала 64 обратной связи и соединяется с камерой 58 противодавления сопла, и дросселя 154, установленного в ответвительном канале 152.
Ответвительный канал 152 сформирован в вертикальном направлении в третьем корпусе 28, входящем в состав корпуса 12. Нижний конец ответвительного канала 152 соединен с камерой 58 противодавления сопла, а верхний конец ответвительного канала 152 соединен с каналом 64 обратной связи. В частности, через канал 64 обратной связи ответвительный канал 152 обеспечивает сообщение камеры 58 противодавления сопла, второго бокового канала 22 и третьей мембранной камеры 90 между собой.
Кроме того, в ответвительном канале 152 установлен дроссель 154 с дроссельным отверстием 156, имеющим суженый диаметр по сравнению с диаметром ответвительного канала 152. Это дроссельное отверстие 156 сформировано, например, с постепенным сужением диаметра от камеры 58 противодавления сопла в сторону третьей мембранной камеры 90 (в направлении стрелки А).
Таким образом, в корпусе 12 имеются ответвительный канал 152, который ответвляется от канала 64 обратной связи, расположенного со второй стороны, и сообщается с камерой 58 противодавления сопла, а также дроссель 154 с суженым диаметром канала, установленный в ответвительном канале 152. При такой конструкции регулирование расхода текучей среды под давлением, подаваемой из первого бокового канала 20 через перепускной канал 62 в камеру 58 противодавления сопла, относительно расхода текучей среды под давлением, протекающей из камеры 58 противодавления сопла через дроссель 154 во второй боковой канал 22, осуществляемое с помощью управляющего клапана 93, позволяет регулировать давление в камере 58 противодавления сопла с высокой точностью.
В результате, обеспечивается возможность задания низкого заданного давления в редукторе 150 давления и ограничение разности давлений между камерой 58 противодавления сопла и вторым боковым каналом 22, поэтому величина расхода текучей среды под давлением может быть уменьшена по сравнению с традиционным редуктором давления.
Ниже приводится описание редуктора 200 давления согласно третьему примеру осуществления с иллюстрациями на фиг.5-7. Составляющие элементы этого редуктора, совпадающие с соответствующими составляющими элементами редуктора 10 давления согласно первому примеру осуществления, обозначены теми же ссылочными позициями, и их подробное описание не приводится.
Редуктор 200 давления согласно третьему примеру осуществления отличается от редуктора 10 давления согласно первому примеру осуществления наличием выточки (канавки) 202, вырезанной в клапанном элементе 100 управляющего клапана 93 в направлении удаления от сферы 106.
Выточка 202 имеет в сечении, например, треугольную форму и при посадке сферы 106 в клапанный элемент 100 обеспечивает сохранение сообщения между каналом 98 управления и третьей мембранная камерой 90. Поэтому даже в случае посадки сферы 106 в клапанный элемент 100 управляющего клапана 93, камера 58 противодавления сопла и третья мембранная камера 90 могут сообщаться между собой через канал 98 управления, и текучая среда под давлением в камере 58 противодавления сопла может протекать через третью мембранную камеру 90 во второй боковой канал 22. В результате, возможность постоянного протекания текучей среды под давлением из камеры 58 противодавления сопла во второй боковой канал 22 позволяет осуществлять регулирование давления на второй стороне (заданного давления) с более высокой точностью.
Кроме того, выточка 202 может быть выполнена непосредственно в клапанном элементе 100, что позволяет получить более простую конструкцию по сравнению с редуктором 150 давления согласно второму примеру осуществления без увеличения числа деталей. И даже в случае забивания выточки 202 пылью или т.п., отделение сферы 106 от клапанного элемента 100 позволяет вымывать такую пыль из выточки 202 под действием протекающей текучей среды под давлением и предотвращать засорение этой выточки.
Редуктор давления, согласно настоящему изобретению, не ограничивается рассмотренными выше примерами осуществления. Очевидно, что в конструкцию этого редуктора могут быть внесены различные дополнения или изменения, которые не выходят за пределы существа и объема настоящего изобретения.