РЕДУКТОР КОМАНДНЫЙ

Редуктор командный
Полезная модель относится к регулирующей арматуре и может использоваться в системах гидропневмоавтоматики в качестве пилота регулятора (усилителя), работающего совместно с регуляторами давления. Известен пружинный редуктор, настраиваемый на определенный режим работы, состоящий из поршня, штока и тарельчатого клапана, конструктивно связанных между собой (М.В. Добровольский «Жидкостные ракетные двигатели», М.: 1968 г., «Машиностроение», с. 352, рис. 9.13). Недостатком этого устройства является большое усилие управления. Ограниченность режима работы, настраиваемого при изготовлении.
Известен редуктор командный включающий корпус командный со штоком и пружинами, корпус рабочий с расположенным в нем клапаном, выполненным заодно с командным поршнем и имеющим контактный торец, упирающийся в уплотнительную вставку опоры при разгруженном редукторе. Причем клапан выполнен трубчатым в виде полого цилиндра, командный поршень снабжен закрепленной на нем втулкой с буртом, по обе стороны которого установлены пружины (Садыков Р.А., Правник Ю.И. Редуктор командный. Патент РФ №2364913, МПК G05D 16/00, опубл. 20.08.2009). Недостатком этого устройства является отсутствие обратной связи с газовой магистралью, давлением в которой управляет редуктор командный, в результате чего снижается точность регулирования давления в газовой магистрали.
Наиболее близким техническим решением, взятым в качестве прототипа, является регулятор-усилитель спаренный, включающий два цилиндрических корпуса с полостями входного, командного и выходного давлений, клапан-поршень, поршень-шток, сдвоенный клапан, седло, устройство нажимное (патент РФ на полезную модель №147597, МПК опубл. 10.11.2014). Недостатком данного устройства является недостаточная чувствительность при знакопеременных нагрузках и точность задания управляющего давления из-за наличия неупругих деформаций уплотнения в системе седло-поршень, малая прочность деформируемых уплотнений при высоких давлениях и циклических нагрузках и их низкая ремонтопригодность вследствие завальцовки уплотнений в элементах конструкции седел.
Технический результат, на достижение которого направлено предлагаемое изобретение, заключается в повышении ресурса, надежности работы, точности задания командного давления и повышения ремонтопригодности.
Технический результат достигается тем, что в редукторе командном, содержащем корпус, щтуцер подачи импульсного газа, крышку с накидной гайкой, моноклапан с двумя коническими поверхностями, седло неподвижное, опирающееся на первую коническую поверхность моноклапана, седло подвижное опирающееся на вторую коническую поверхность моноклапана, поршень измерительный со штоком, полость командного давления, сообщенную с каналом командного давления, штуцер командного давления, полость давления обратной связи, сообщенную с каналом давления обратной связи, штуцер обратной связи, пружину задающую, пружину толкающую, новым является то, что входной участок седла неподвижного и входной участок седла подвижного, опирающиеся на конические поверхности моноклапана, выполнены в виде тонкостенных цилиндрических обечаек с возможностью упругой деформации при контакте с моноклапаном, а с внутренней стороны непосредственно в местах контакта с коническими поверхностями моноклапана имеют радиус скругления, моноклапан установлен с возможностью самоцентрирования относительно седла неподвижного и седла подвижного, а цилиндрическая поверхность моноклапана и внутренняя поверхность седла неподвижного образуют щелевой дроссельный канал.
Угол раствора конических поверхностей моноклапана α=8-90 градусов.
Толщина стенок цилиндрических обечаек неподвижного и подвижного седел составляет L=0,2-0,8 мм.
Внутренние поверхности седла подвижного и седла неподвижного в месте контакта с конусной поверхностью моноклапана имеют радиус скругления R=(0,5-1) L, где L - толщина стенок цилиндрических обечаек неподвижного и подвижного седел.
Поршень оснащен вспомогательной пружиной, а моноклапан оснащен тянущей пружиной.
Штуцер давления обратной связи содержит фильтр.
Шток содержит контргайку.
На фиг. 1 представлен продольный разрез редуктора командного.
На фиг. 2 представлен продольный разрез узла регулирования.
На фиг. 3 представлен фрагмент клапана и тонкостенной цилиндрической обечайки седла.
вх
ос
к
Здесь: 1 - щтуцер импульсного газа; 2 - корпус; 3 - кольцо уплотнительное; 4 - стакан; 5 - чашка; 6 - полость командного давления; 7 - седло подвижное; 8 - манжета седла; 9 - кольцо направляющее; 10 - фильтр; 11 - штуцер обратной связи; 12 - кольцо опорное; 13 - манжета; 14 - поршень измерительный; 15 - гайка накидная; 16 - опора; 17 - тарель; 18 - контргайка; 19 - шток; 20 - крышка; 21 - пружина задающая; 22-кольцо; 23 - уплотнение; 24 - полость давления обратной связи; 25 - пружина возвратная;; 26 - отверстие дренажное; 27 - стопорное кольцо; 28 - штуцер командного давления; 29 - шплинт; 30 - отверстие;; 31 - пружина тянущая; 32 - седло неподвижное; 33 - моноклапан; 34 пружина толкающая; 35 - гнездо монтажное; Р - канал подачи импульсного газа; Р - канал давления обратной связи; Р - канал командного давления; α - угол раствора (угол конуса) конических поверхностей А и D моноклапана; L - толщина стенок цилиндрических обечаек подвижного 7 и неподвижного 32 седел; R - радиус скругления внутренней кромки подвижного 7 и неподвижного 32 седел; С - шелевой дроссельный канал.
Редуктор командный содержит корпус 2, в котором установлены штуцер импульсного газа 1, штуцер командного давления 28, штуцер обратной связи 11 и крышка 20, прикрепленная к корпусу с помощью накидной гайки 15. Внутри корпуса 2 установлены: седло неподвижное 32, стакан 4, кольцо направляющее 9, фиксируемое стопорным кольцом 27 и кольцо опорное 12. В седле неподвижном 32 установлен моноклапан 33 с возможностью осевого и радиального перемещения за счет щелевого дроссельного канала С, образованного цилиндрической поверхностью моноклапана 33 и внутренней поверхностью седла неподвижного 32, что обеспечивает самоцентрирование моноклапана 33 при посадке конических поверхностей А и D на поверхности тонкостенных цилиндрических обечаек седел 7 и 32. Моноклапан 33 прижимается конической поверхностью А к седлу неподвижному 32 пружиной толкающей 34 и пружиной тянущей 31, фиксируемой на моноклапане 33 чашкой 5 и шплинтом 29. Через дроссельный канал С, при открытом моноклапане 33, относительно неподвижного седла 32, обеспечивается поступление газа через штуцер 1 в полость командного давления 6 и далее через отверстие 30 в штуцер командного давления 28. Седло подвижное 7 помещено внутри направляющего кольца 9 и кольца опорного 12 по скользящей посадке с возможностью перемещения и зафиксировано на поршне измерительном 14, который совместно с корпусом 2 образует полость давления обратной связи 24, соединенную со штуцером обратной связи 11. При открытом положении моноклапана 33, относительно седла подвижного 7, обеспечивается соединение через дренажное отверстие 26 полости командного давления 6 с полостью давления обратной связи 24. Поршень 14 под действием пружины 21, расположенной в крышке 20, прижимает подвижное седло 7 к конической поверхности D моноклапана 33. Прижимающее усилие пружины 21, помещенной между опорой 16 и тарелью 17, регулируется с помощью штока 19, перемещаемого в отверстии с резьбой крышки 20. Положение штока 19 фиксируется контргайкой 18. Между измерительным поршнем 14 и кольцом опорным 12 установлена пружина возвратная 25, предназначенная для компенсации сил трения возникающих в манжете 8 седла подвижного 7 и манжете 13 поршня измерительного 14 при его разгрузке. Герметичность контакта при посадке конической поверхности А моноклапана 33 на седло неподвижное 32 и конической поверхности D моноклапана 33 на подвижное седло 7 обеспечивается (фиг. 2) за счет: упругой деформации тонкостенных обечаек седел 7, 32; достаточно большого давления контакта между седлами 7, 32 и моноклапаном 33, вследствие малой площади контакта; наличия радиусов скругления R кромки контакта цилиндрических обечаек седел 7 и 32 с моноклапаном 33; самоцентрирования моноклапана 33 в седлах 7 и 32.
Герметичность неподвижных соединений обеспечивается кольцами уплотнительными 3, герметичность подвижных соединений обеспечивается манжетой поршня 14 и манжетой 8 седла 7.
вх
Редуктор командный предназначен для подачи управляющего давления в различные агрегаты, преимущественно рабочие регуляторы и управления ими с целью поддерживания заданного давления после регуляторов в газовой магистрали потребителя. В исходном положении, при разгруженной пружине задающей 21 и наличии давления в канале Р в полости штуцера 1, редуктор закрыт, поскольку моноклапан 33 прижат конической поверхностью А моноклапана 33 (фиг. 2) к цилиндрической обечайке седла неподвижного 32 вследствие действия давления импульсного газа на моноклапан 33 и усилия, создаваемого тянущей 31 и толкающей 34 пружинами. Седло подвижное 7 при этом может находиться, как в контакте с конической поверхностью D моноклапана 33 в положении «закрыто», так и в положении «открыто». Поскольку кромка внутренней поверхности обечайки седла 32 имеет радиус скругления кромки R, то контакт конической поверхности А моноклапана 33 с седлом неподвижным 32 (фиг. 3) осуществляется по малой поверхности, образующейся вследствие упругой деформации тонкостенной цилиндрической обечайки седла 32 при прижатии к нему моноклапана 33. Уплотнение типа металл-металл достаточно широко используется в гидравлической арматуре и характеризуются высокой герметичностью при малой площади контактирующих поверхностей. Толщина стенок цилиндрических обечаек седел 7 и 32 зависит от их абсолютных размеров и составляет L=0,2-0,8 мм. При таких размерах, вследствие прижатия моноклапана 33 к седлам 7 и 32 будет иметь место упругая деформация их тонкостенных обечаек. При прижатии моноклапана 33 к седлам неподвижному 32 и подвижному 7, в зоне контакта создается достаточное большое давление контакта, обусловленное малой площадью зоны контакта, вследствие чего обеспечивается высокая герметичность и надежность работы моноклапана 33 редуктора командного в режиме «закрыто», а контакт пары металл-метал, сопровождающийся упругой деформаций тонкостенных обечаек седел 7 и 32, обеспечивает большой ресурс моноклапана 33 по циклам наработки. Предлагаемая конструкция редуктора командного позволяет достаточно просто осуществлять ревизию узлов контакта, что повышает ремонтопригодность. При ревизии устройства для извлечения моноклапана 33 предусмотрено монтажное гнездо 35.
вх
к
ос
Настройка редуктора командного осуществляется путем воздействия на пружину 21 штока 19. При вращении штока 19 в резьбовом отверстии крышки 20 перемещается опора 16 и связанное с ним подвижное седло 7 до контакта с поверхностью D моноклапана 33 (фиг. 2), вследствие чего разобщаются полость командного давления 6 и полость давления обратной связи 24. При дальнейшем нагружении редуктора командного и перемещении седла подвижного 7 коническая поверхность А моноклапана 33 отходит от седла неподвижного 32 и открывает дроссельный канал С.Через открытый дроссельный канал С (фиг. 2), импульсный газ дросселируется и поступает в полость командного давления 6 и далее через отверстие 30 в щтуцер командного давления 28. Контргайка 18 предназначена для фиксации положения штока 19 и исключения перенастройки редуктора командного вследствие различных возмущающих факторов, что обеспечивает надежность его работы. В зависимости от сжатия и упругости пружин 21, 31, 34, давления на входе в канал подачи импульсного газа Р, давления в канале командного давления Р, и давления в канале обратной связи Р, в газовом тракте редуктора командного устанавливается динамическое равновесие и в полости 6 поддерживается определенная величина командного давления, передаваемая через штуцер 28 в систему управления рабочего редуктора, регулирующего давление в системе потребителя. При этом коническая поверхность D моноклапана 33 прижата к седлу подвижному 7 вследствие усилий сжатия пружин тянущей 31 и пружины толкающей 34. Наличие тянущей пружины улучшает условия самоцентрирования моноклапана 33 в седлах 7 и 32, что повышает надежность работы редуктора командного. Вследствие прижатия конической поверхности D моноклапана 33 к седлу подвижному 7 полость командного давления 6 герметично отделена от полости давления обратной связи 24. Конструкция тонкостенной цилиндрической обечайки седла подвижного 7 аналогична конструкции тонкостенной цилиндрической обечайки седла неподвижного 32 (фиг. 3). Таким образом, седло подвижное 7, также как и седло неподвижное 32, обеспечивает высокую герметичность моноклапана 33 в месте контакта поверхностей и высокий ресурс по циклам наработки.
При повышении давления в газовой магистрали потребителя после рабочего редуктора, давление обратной связи через штуцер 11 передается в полость 24 и воздействует на поршень измерительный 14, заставляя его перемещаться и сжимать пружину задающую 21. Поскольку поршень 14 жестко связан с седлом подвижным 7, то происходит его перемещение, вследствие чего уменьшается поступление импульсного газа в полость командного давления или полностью прекращается поступление импульсного газа (при посадке конической поверхности А моноклапана 33 на седло неподвижное 32 и происходит открытие моноклапана 33 в месте касания конической поверхности D моноклапана 33 с седлом подвижным 7 (фиг. 2).
к
ос
Так как, на всех режимах работы редуктора командное давление в канале Р значительно больше давления обратной связи в канале Р (в магистрали потребителя), то при открытом моноклапане 33 газ из командной полости 6 поступает через отверстие дренажное 26 в полость давления обратной связи 24 и далее в штуцер 11, что приводит к уменьшению командного давления, поступающего в систему управления рабочим редуктором. Вследствие понижения давления в полости командного давления 6, изменяются условия динамического равновесия моноклапана 33 и он занимает новое положение (уменьшает проходное сечение дроссельного канала в месте касания поверхности А моноклапана 33 с седлом 32, что приводит к установлению пониженного командного давления, поступающего через штуцер 28 на управляемый (рабочий) редуктор. При снижении давления в полости обратной связи 24 все процессы проистекают в обратном порядке.
Поскольку моноклапан 33 имеет в общем случае осевую, радиальную и угловую степени свободы, то, как в положении «закрыто», так и в положении «открыто» происходит его самоцентрирование относительно поверхностей седел 7 и 32, что обеспечивает надежность работы редуктора командного и точность задания управляющего давления. Вследствие наличия у моноклапана 33 осевой и радиальной степеней свободы, на него не действуют силы трения при его перемещении, что повышает чувствительность редуктора командного и точность задания командного давления.
Толщина стенок цилиндрических обечаек подвижного седла 7 и неподвижного седла 32, задается таким образом, чтобы при контакте конических поверхностей А и Б моноклапана 33 с седлами 7 и 32 имела место упругая деформация цилиндрических обечаек седла неподвижного 32 и седла подвижного 7. Рекомендуемая толщина стенок L=0.2-0,8 мм, в зависимости от диаметра седел 7 и 32. Для того чтобы обеспечить герметичность редуктора командного в положении закрыто, кромки седел 7 и 32 в месте контакта с конической поверхностью моноклапана 33 имеют радиус скругления R=(0,5÷1)×L, где L - толщина стенок цилиндрических обечаек подвижного и неподвижного седел. Для обеспечения надежности контакта моноклапана 33 с поверхностью седел 7 и 32 угол раскрытия конусных поверхностей моноклапана (угол конуса) α задается в пределах α=8÷90 градусов. Вспомогательная пружина 23 предназначена для компенсации сил трения в манжетах 13 и 8 (вариант 1) при разгружении поршня измерительного 14, что повышает чувствительность командного редуктора и точность задания командного давления при уменьшении давления обратной связи и облегчает перемещение подвижного седла 7 при разгружении пружины задающей 21.
Таким образом, конструкция предлагаемой полезной модели обеспечивает повышении ресурса, надежности работы, точности задания командного давления редуктора командного и одновременно позволяет достаточно просто осуществлять ревизию узлов контакта, что повышает ремонтопригодность.