Редуктор давления газа

Предшествующий уровень техники
Одной из важных задач, возникающих при создании стендов для испытаний агрегатов автоматики ЖРД, является обеспечение постоянного заданного давления газов мри изменении расхода при работе пусковых и отсечных топливных клапанов, электропневмоклапанов, заслонок и других агрегатов автоматики стенда.
Наибольшее применение на стендах для испытаний агрегатов автоматики ЖРД получили редукторы давления с пружинным нагрузочным элементом, поршневые, с эластичным уплотнением, без клапана сброса как наиболее простые и удовлетворительно работающие при относительно постоянных давлениях входа или при сравнительно невысоких требованиях к точности стабилизации давления выхода.
Известен один из таких редукторов давления газа - Т 600, приведенный в ОСТ92-0132-87 «Агрегаты пневмогидравлической системы стендовые унифицированные». Он содержит корпус с входным, выходным и дренажным патрубками, седло, запорный подпружиненный клапан, поршень с седлом, игольчатый клапан сброса, нагрузочный элемент - пружина и ходой винт со штурвалом.
При подключении редуктора к пневмосистеме давлением рабочего газа запорный клапан поджимается пружиной и давлением газа к седлу корпуса. При вращении штурвала ходовой винт, сжимая пружину нагрузочного элемента, перемещает поршень игольчатого клапана сброса, закрывает клапан сброса и открывает запорный клапан. Газ, проходя через зазор запорного клапана, поступает в выходной патрубок. Поршень, сжимая пружину, уменьшает зазор между клапаном и седлом корпуса. При достижении требуемого давления на выходе запорный клапан закрывается. При этом клапан сброса открывается при закрытом запорном клапане и при уменьшении силы сжатия пружины (аналог).
Указанный редуктор имеет следующие особенности работы:
- настройка редуктора на различные выходные давления производится нагружен нем пружины;
2
- из-за невозможности обеспечения требуемых характиристик в работе пружинных редукционных клапанов по точности и допустимому усилию на штурвале (при ручном управлении) приходится проектировать различные редукционные пневмоклапаны на давления выхода 0,5…5; 5…200; 200…350 кгс/см (необходимы пружины с различной жесткостью, в Т 600 использованы две, последовательно работающие, пружины);
- при проектировании пружинных редукционных пневмоклапанов часто применяются силовые пружины до 2,4 тс с малым (нерасчетным) соотношением среднего диаметра пружины к диаметру проволоки (для уменьшения габаритов пружины), что усложняет их изготовление, (в Т600 использована подобная пружина);
- при настройке таких редукторов на максимальное давление требуется значительное усилие для вращения штурвала, а при дистанционном управлении редуктором потребуется электропривод повышенной мощности.
Известен также редукционный клапан (редуктор) (авт. свид. СССР №813067, F16K 31/126, 1981 г. ), который по совокупности конструктивных существенных признаков наиболее близок к заявляемой полезной модели. Он включает в себя корпус, содержащий седло, пружину и запорный клапан, соединенный с мембраной, сильфон с жесткой крышкой, рычаг, концы которого шарнирами закреплены к мембране и крышке сильфона. Кроме того, между корпусом и рычагом расположена подвижная роликовая опора рычага, которая сочленена с винтовым приводным механизмом, при помощи которого изменяется и регулируется плечо воздействия сильфона на мембрану. Полость сильфона соединена с магистралью газа высокого давления. Поток с редуцированным давлением выводится из камеры, образованной мембраной и корпусом (прототип).
Недостатками прототипа являются:
- редуктор не является задающим редуктором (для его работы требуется задающий редуктор;
- редуктор не является редуктором с широким диапазоном регулирования (данную конструкцию пневмоуправляемого редуктора можно использовать только при невысоких выходных давлениях, что уже ограничивает диапазон регулирования);
- редуктор имеет низкую точность регулирования, так как сильфон чувствительного элемента подключен к газовой системе давления рабочей среды, а не к выходной камере редуктора давления.
Задачей предлагаемой полезной модели является:
2
- создание редуктора давления газа, работающего в широком диапазоне давлений газа 0,5…400 кгс/см;
- уменьшение массы и длины пружины;
- уменьшение усилия для вращения штурвала, необходимого для настройки редуктора.
Эта задача решена за счет того, что редуктор давления газа включает в себя корпус с входной и выходной камерами, регулирующий элемент, чувствительный элемент и рычаг, концы которого шарнирами прикреплены к регулирующему и чувствительному элементам, кроме того, имеется подвижная опора рычага, сочлененная с винтовым приводом, причем во входной камере корпуса установлено седло, пружина и запорный клапан, соединенный с регулирующим элементом, отличающийся тем, что регулирующий элемент выполнен в виде металлического стержня с нажимным диском и предварительно сжатой пружиной, рассчитанной на максимальное выходное давление редуктора, причем в диске и в стержне выполнен осевой канал, который в верхней части соединен с радиальными отверстиями, выход из которых соединен с дренажной камерой, при этом в конструкцию редуктора введен клапан сброса, который содержит игольчатый клапан, выполненный за одно целое с запорным клапаном, и седло, выполненное на нажимном диске, а чувствительный элемент выполнен в виде поршня со штоком, установленным в чувствительной камере, надпоршневая полость которой через сквозной канал соединена с выходной камерой редуктора, при этом подпоршневая полость этой камеры соединена с атмосферой, причем в дренажной камере установлен рычаг, концевые участки которого через шарниры в виде серьги и скобы соединены с концевыми участками стержня и штока, кроме того, выходная и чувствительная камеры изолированы от дренажной камеры с помощью уплотнительных манжет, установленных между стержнем и корпусом и корпусом и штоком, а винтовой привод содержит опору с ходовым винтом и два ролика, оси которых закреплены в глухих резьбовых отверстиях опоры, причем ролики установлены один над другим и находятся в силовом контакте между собой, корпусом и рычагом.
Другими отличиями являются:
- на входе и выходе сквозного канала установлены жиклеры;
- между нижним роликом и корпусом редуктора размещена стальная пластина. Технический результат состоит в возможности работы редуктора в широком
2
диапазоне давлений газа на выходе 0,5…350 кгс/см, уменьшении массы и длины пружины и упрощении конструкции редуктора.
Другие преимущества заявляемой полезной модели будут видны из описания и чертежей.
На фиг. 1 представлено схематически продольное сечение редуктора давления; на фиг. 2 представлено сечение по А-А на фиг. 1.
Описание полезной модели
Редуктор давления газа (фиг. 1) содержит корпус 1, включающий в себя входную 2, выходную 3, дренажную 4 и чувствительную 5 камеры. Во входной камере 2 смонтировано седло 6, запорный клапан 7 и пружина 8. В выходной камере 3 вдоль ее оси установлен регулирующий элемент, выполненный в виде стержня 9 с нажимным диском 10 и предварительно сжатой пружиной 11, рассчитанной на максимальное выходное давление редуктора. Эта пружина используется только на постоянных, максимальных усилиях, что позволяет уменьшить ее габариты (вес). В нажимном диске 10 и в стержне 9 выполнен продольный канал 12, который через радиальные отверстия 13 соединен с дренажной камерой 4. Между входной и выходной камерами установлен клапан сброса, который состоит из игольчатого клапана 14, выполненного за одно целое с запорным клапаном 7, и седла 15, расположенного на входе канала 12. Применение игольчатого клапана позволяет осуществить сброс избыточного давления в выходной камере, которое может возникнуть при настройке редуктора на меньшее выходное давление, при негерметичности (повреждении) седла или клапана или при возникновении резких (нерасчетных) колебаний давления выхода (расхода).
В чувствительной камере вдоль ее оси установлен поршень 16 со штоком 17. Надпоршневая полость этой камеры соединена с выходной камерой 3 через сквозной канал 18, причем со стороны входа и выхода сквозного канала установлены жиклеры 19 и 20, которые служат для устранения колебаний давления газа на входе в надпоршневую полость чувствительной камеры.
Подпоршневая полость 21 камеры 5 соединена с атмосферой. В дренажной камере 4 установлен рычаг 22 с подвижной опорой 23. Эта опора содержит ходовой винт 24, штурвал 25, два ролика одинакового размера 26, при этом оси 27 роликов закреплены в глухих резьбовых отверстиях опоры 23. Ролики 26 установлены один над другим и находятся в силовом контакте между собой, корпусом 1 и рычагом 22. Кроме того, между корпусом и нижним роликом 26 размещена металлическая пластина 28, выполненная из твердосплавного материала. Концевые участки рычага 22 шарнирно соединены с концевыми участками стержня 9 и штока 17 через серьгу 29 и скобу 30. Выходная 3 и чувствительная 5 камеры изолированы от дренажной камеры 4 с помощью уплотнительных манжет 31, 32, расположенных между стержнем 9 и корпусом и корпусом и штоком 17.
В этой конструкции редуктора применена новая кинематическая схема его работы, а именно, настройка редуктора на различные выходные давления производится ненагружением пружины, а изменением работы чуствительного элемента - поршня за счет подачи рабочего газа с выходной камеры редуктора, а также применения клапана сброса.
Предлагаемая конструкция редуктора с клапаном сброса имеет предварительно сжатую пружину на максимальное усилие, которая не изменяется при настройке и работе редуктора.
Поддержание выходного давления с необходимой точностью в зависимости от его значения, то есть возможность обеспечения требуемых характиристик, позволяет создать редуктор, обеспечивающий весь вышеуказанный диапазон давлений.
Настройка значения выходного давления редуктора производится не сжатием пружины, а передвижением опоры с роликами по поверхностям корпуса и рычага перпендикулярно силам, действующим на рычаг, что значительно уменьшает усилие на штурвале (при ручной настройке), соответственно значительно уменьшает мощность привода и его габариты при дистанционном управлении редуктора.
Работа устройства
Редуктор работает следующим образом. В исходном состоянии запорный клапан 7 открыт. При подключении рабочей среды газа к входу редуктора газ вначале поступает в выходную камеру 3, а затем через сквозной канал 18 поступает в надпоршневую полость чувствительной камеры 5. При этом запорный клапан 7 прикрывается под действием входного давления и пружины 8. При этом нарушается баланс крутящих моментов сил на концах рычага 22 от предварительно сжатой пружины 11 и давления выходного газа через сквозной канал 18 с жиклерами 19 и 20, действующего на поршень 16, относительно опоры 23 с роликами 26, что приводит к незначительному увеличению длины пружины 11, открытию запорного клапана 7 и восстановлению давления в выходной камере 3. Сброс при избыточном давлении на выходе происходит открытием игольчатого клапана 14 в седле 15. Таким образом, происходит поддержание заданного выходного давления.
Промышленное применение
Предлагаемая полезная модель найдет применение во всех отраслях промышленности и, в частности, в пневмогидравлических схемах стендов автономных испытаний агрегатов автоматики ЖРД.