РЕГУЛЯТОРЫ И СИСТЕМЫ ПОДАЧИ
REGULATORS AND FEED SYSTEM

ДАННЫЕ РОДСТВЕННЫХ ЗАЯВОК
Данная заявка испрашивает приоритет по предварительной заявке на патент US № 61/171449 от 21 апреля 2009 г., озаглавленной «Регулятор», которая включена сюда полностью путем ссылки. Патент US № 6932128, озаглавленный «Устройство и способ использования легкого портативного воздушно-газового источника питания», и заявка PCT PCT/US2007/88865 от 26 декабря 2008 г., озаглавленная «Узлы пневматических регуляторов, системы питания и способы их использования», дополнительно включены сюда полностью путем ссылки.
ОБЛАСТЬ ТЕХНИКИ, К КОТОРОЙ ОТНОСИТСЯ ИЗОБРЕТЕНИЕ
Настоящее изобретение относится к регуляторам (и/или частям или его компонентам) и/или портативным пневматическим подающим системам с использованием таких регуляторов. По меньшей мере, в одном варианте осуществления имеется настраиваемый регулятор, подсоединяемый к баллону, заполняемому сжатым воздухом/газом. Такой примерный регулятор может использоваться прикрепленным к цилиндру высокого давления (наполненному сжатым воздухом/газом) для создания выходного давления воздуха/газа (например, через шланг), имеющего конкретные подобранные величины, пригодные для использования при запитывании пневматических инструментов или для заполнения воздушных подушек или шин (или для возможных других применений, не указанных в настоящем документе). В частности, некоторые варианты осуществления регулятора имеют регулировочные элементы для выбора давления, подаваемого в выходное отверстие регулятора (и, следовательно, в подсоединенный шланг), а также, в качестве опции, содержат манометр, так чтобы выходное давление могло визуально контролироваться, и/или используют специальную кассету «включено-выключено» в качестве кассеты или модуля высокого давления.
ПРЕДПОСЫЛКИ СОЗДАНИЯ ИЗОБРЕТЕНИЯ
На протяжении столетий для решения множества проблем строительства и производства, которые выявились в ходе технологического прогресса цивилизации до современных времен, было разработано огромное количество различных типов инструментов и т.п. К примеру, в одной отрасли, такой как строительная промышленность, на одной строительной площадке могут использоваться десятки видов различных инструментов. В частности, количество таких используемых типов инструментов выросло благодаря различным специальностям и узким специализациям плотничного дела и других способов строительства, которые продолжают развиваться, поскольку современные здания становятся все более сложными.
На протяжении этой эволюции значительные усилия были предприняты для автоматизации работы инструментов, главным образом, для повышения эффективности работы путем усовершенствования рабочих скоростей инструмента и снижения усталости операторов инструмента. В последние десятилетия такие усилия по автоматизации обычно включали в себя разработку или совершенствование пневматических инструментов с питанием от компрессора или работающих на электричестве. В этой связи, благодаря повышению их эффективности, использование автоматизированных инструментов становится настолько распространенным, что на типовой строительной площадке будет трудно не найти пневматический гвоздезабивной пистолет или электродрель. Тем не менее, обычные пневматические или электрические инструменты имеют различные несовершенства или недостатки.
К примеру, пневматические или электрические инструменты, которые напрямую подключены к компрессору через шланг или к электрической розетке через кабель питания, ограничены в своей портативности или мобильности из-за своей привязанности к соответствующим источникам питания (например, их портативность ограничивается длиной шланга или шнура и/или может быть трудным или небезопасным переносить их по лестнице, например). Кроме того, чем длиннее шнур или шланг, тем больше общий вес, а также вероятность того, что такой шланг или шнур запутается или иным образом будет представлять угрозу безопасности (например, опасность отключения). Хотя аккумуляторные инструменты устраняют некоторые из этих недостатков, такие инструменты имеют свои собственные недостатки, такие как увеличение веса и зависимость от конечного заряда аккумулятора (после разрядки аккумулятора необходимо дождаться перезарядки аккумулятора или, например, иметь дополнительные аккумуляторы).
Хотя патент US № 6932128, озаглавленный «Устройство и способ использования легкого портативного воздушно-газового источника питания», устранил или уменьшил некоторые из вышеописанных недостатков, настоящее изобретение предназначено, по меньшей мере, частично, для дополнительного усовершенствования устройства и способов, описанных в нем, а также для создания других усовершенствований, которые необязательно касаются технологий, конкретно описанных в патенте '128. В частности, настоящее изобретение предназначено для обеспечения существенного усовершенствования конструкции регулятора, для использования, например, с такими системами, что описаны в патенте '128.
Например, некоторым видам пневматического инструмента, таким как гвоздезабивные пистолеты, требуются короткие выбросы сжатого воздуха (в данном применении «воздух» использован обобщенно, взаимозаменяемо с «газом» или «воздухом/газом», включая сюда атмосферные газы или другие подходящие газы, такие как азот или гелий), тогда как другим, таким как пневматические винтоверты, требуется непрерывный поток воздуха, часто под большим давлением, в течение периода работы инструмента. Аналогичным образом, определенные виды работ или проектов с использованием пневматического инструмента лучше всего решать с применением низкого давления и подачей непрерывного потока воздуха, например при накачивании велосипедных шин или баскетбольного или футбольного мяча (т.е. использование выбросов под высоким давлением или непрерывный поток под высоким давлением в таких применениях могут повредить или взорвать шину или мяч). Кроме того, некоторые более требовательные применения, такие как определенные режущие устройства, например гидравлические инструменты для спасательных работ или надувные мешки (применяемые, к примеру, пожарными в ходе чрезвычайных операций), или некоторые гаечные ключи ударного действия, требуют подачи большого объема воздуха в дополнение к высокому давлению и непрерывному потоку.
В свете существования этих многочисленных применений и типов работ, каждое со своими собственными требованиями к подаче воздуха, было бы желательно иметь единый регулятор, приспособленный в силу своей конфигурации или конструкции к использованию в таких (или других) альтернативных применениях или типах работ (например, с такой системой, что описана в патенте '128) с перестройкой регулятора или без нее или заменой части, требуемой при переключении между такими применениями или типами работ. В некоторых оптимальных конструкциях было бы желательно, конечно, иметь единый регулятор, способный подавать воздух, в качестве альтернативы (например, при желании выборочно), и под низким, и под высоким давлением, в режиме очередей (одиночных выбросов) или в виде непрерывного потока, и/или небольшим или большим объемом (или в любом сочетании перечисленных здесь типов подачи) без необходимости замены части и/или значительной перестройки регулятора (или без перестройки регулятора, за исключением механизма регулировки выходного давления, после первоначальной настройки, обычно временно близкой к установке регулятора на цилиндр или сосуд высокого давления).
Кроме того, при использовании известных конструкций регулятора обычно во время работы регулятора возникают нежелательные колебания давления. Одним из примеров этого недостатка в ранее известных конструкциях регулятора, при разрядке источника воздуха высокого давления (например, цилиндра или «сосуда» из стали, алюминия или углеродных волокон) или уменьшении давления воздуха или газа, подаваемого источником, выходное давление, обычно подаваемое регулятором, увеличивается (то есть, как считается, это происходит потому, что первоначально в камере низкого давления присутствует меньшая величина давления для смещения поршня низкого давления и, соответственно, закрывания гнезда регулятора штоком регулятора, с тем, чтобы обеспечить своевременное прерывание подачи воздушного потока в камеру низкого давления). Этот неожиданный результат вызывает проблемы в некоторых режимах работы регулятора, например при использовании с портативными системами воздушного питания, потому что, например, определенные типы инструмента будут повреждены или не будут работать должным образом, если подвергнутся давлению воздуха выше пороговых значений или при подаче переменного воздушного давления во время работы.
Ввиду вышеперечисленных недостатков и/или стремлений к усовершенствованию уровня техники, целью описанного здесь изобретения является устранение одного или нескольких таких недостатков и/или удовлетворение таких стремлений либо, в качестве альтернативы, других потребностей, которые станут более очевидными для специалиста в данной области техники при ознакомлении с настоящим изобретением.
СУЩНОСТЬ НЕКОТОРЫХ ВАРИАНТОВ ОСУЩЕСТВЛЕНИЯ ИЗОБРЕТЕНИЯ
В целом, настоящее изобретение касается, в некоторых примерных вариантах осуществления, регуляторов (или его частей или компонентов), имеющих конфигурации с улучшенными рабочими параметрами (например, с улучшенной стабильностью подачи газа под давлением). В других или тех же вариантах осуществления имеются настраиваемые регуляторы. В таких же или других примерных вариантах осуществления имеются регуляторы с конфигурациями, обеспечивающими расширенные эксплуатационные возможности (например, касающиеся диапазона подачи газа под давлением, типа подачи газа и/или объема подачи). По меньшей мере, в одном предпочтительном примерном варианте осуществления предусмотрен регулятор, включающий в себя две ступени, при этом каждая ступень может быть отрегулирована пользователем с целью точной настройки рабочих параметров.
В некоторых вариантах осуществления настраиваемый регулятор соединен с переключателем или модулем «включено-выключено», способным отключать подачу сжатого воздуха и газов в регулятор. В некоторых вариантах регулятора, когда регулировочный элемент отключен для уменьшения величины подаваемого давления воздуха и газов, избыточное давление воздуха и газов (сверх той величины давления, которую нужно подать) автоматически стравливается из регулятора через описанные здесь и проиллюстрированные конструкции (при этом нужное низкое давление воздуха и газов пригодно к немедленному использованию в инструменте, к примеру). В некоторых вариантах регулятора имеется регулировочный вал с несколькими регулировочными отверстиями, в которые могут быть вставлены штифты для настройки максимальной выходной мощности регуляторов (например, от 200 до 300 psi). Те же или другие варианты регулятора содержат канал стравливания давления, сообщающийся со стороной высокого давления регулятора. Наличие такого канала стравливания давления обеспечивает полное стравливание давления воздуха и газов как из регулятора, так и из цилиндра под давлением, если возникает необходимость разборки регулятора или извлечения его из цилиндра и при отсутствии иного способа сброса давления.
В некоторых вариантах регулятора с переключателем (модулем) «включено-выключено» модуль «включено-выключено» специально конструктивно выполнен так, в сочетании с дополняющей конструкцией регулятора, что даже при нахождении переключателя «включено-выключено» в положении «выключено» манометр показывает давление в цилиндре под давлением (например, по соображениям безопасности, так что вы всегда знаете давление в цилиндре, даже когда регулятор выключен). Такой манометр при необходимости может использоваться в сочетании со вторым манометром, отображающим давление, который будет установлен на выходе из выходного канала инструмента или сходного устройства (например, через шланг). В других вариантах регулятора используют защитный кожух или колпачок элемента регулировки давления. Такой защитный кожух или колпачок прикрывает элемент регулировки таким образом, что его нельзя случайно задеть и непреднамеренно изменить выходное давление. Кроме того, в ходе эксплуатации такой защитный кожух или колпачок уменьшает вероятность запутывания регулятора. В вариантах регулятора, в которых использованы переключатель или модуль «включено-выключено», кассета высокого давления не используется, а переключатель или модуль «включено-выключено» имеет охватываемую область, которая ввинчивается в горловину цилиндра (с модулем «включено-выключено», скрепленным болтами с регулятором при использовании уплотнительных колец для уплотнения и т.п.). В вариантах, не связанных с подключением или применением модуля «включено-выключено, используют кассету высокого давления, которая имеет охватываемый участок для ввинчивания в горловину цилиндра (для хранения сжатого воздуха и газов). В некоторых вариантах осуществления, в которых использован модуль «включено-выключено», модуль имеет корпус модуля, содержащий механизм переключения открытия-закрытия кулачкового типа (например, кулачковый шток) с рычагом для переключения модуля (через кулачковый механизм или шток) в положение прохождения потока и непрохождения потока (то есть включения и выключения), по желанию.
По меньшей мере, в одном варианте осуществления имеется регулятор, содержащий: основной корпус регулятора, кассетный корпус, включающий в себя первый конец для резьбового зацепления с цилиндром высокого давления и второй конец для резьбового зацепления с основным корпусом регулятора, при этом первый конец кассетного корпуса имеет первое входное отверстие высокого давления для сообщения по газовому потоку с источником газа высокого давления, второй конец кассетного корпуса имеет второе отверстие для удержания, по меньшей мере, участка поршневого узла высокого давления и дополнительно включает в себя среднее отверстие, расположенное между первым отверстием и вторым отверстием, а также кулачковый вал, расположенный с посадкой в среднем отверстии, включающий в себя рабочий механизм кулачкового вала для вращения кулачкового вала в среднем отверстии, стопор «включено-выключено» между первым отверстием и кулачковым валом, причем стопор «включено-выключено» служит для открывания и закрывания воздушного потока в регуляторе путем поворота кулачкового вала в первое и второе поворотное положение, соответственно, поршень высокого давления, имеющий первый конец, входящий, по меньшей мере, частично, во второе отверстие, притом первый конец поршня высокого давления имеет утопленную область, в которой расположено уплотнение поршня высокого давления, а поршень высокого давления имеет сквозное отверстие в боковой стенке, соединенное с размещенным по центру отверстием для газового потока, простирающимся по его длине, при этом основной корпус регулятора включает в себя кассетную камеру в резьбовом зацеплении со вторым концом кассетного корпуса, второй конец поршня высокого давления, по меньшей мере, частично, входит в участок основного корпуса регулятора, а поршень высокого давления имеет проходящий вбок кольцевой фланцевый участок, несущий уплотнительное кольцо для обеспечения уплотнения между кольцевым фланцевым участком и смежным участком регулятора, тарельчатый клапан, расположенный в целом аксиально на одной линии и противоположно второму концу поршня высокого давления и имеющий тарельчатую пружину, расположенную между тарельчатым клапаном и кольцевым фланцевым участком поршня высокого давления, причем тарельчатый клапан имеет размещенный по центру штоковый участок, простирающийся через кольцевое уплотнение тарельчатого клапана, второй поршень (низкого давления), расположенный аксиально на расстоянии от тарельчатого клапана, вблизи от штокового участка, и имеющий резьбовое отверстие, расположенное в нем в целом по центру, регулировочный вал в резьбовом зацеплении с резьбовым отверстием второго поршня, притом регулировочный вал имеет размещенный в целом по центру аксиальный проход для обеспечения сквозного прохода воздуха, при этом регулировочный вал имеет первый конец с отверстием, в котором помещен корпус предохранительного клапана, а второй конец находится во взаимном вращательном зацеплении с колпачком регулировочного вала, но подвижен аксиально относительно колпачка регулировочного вала, причем корпус предохранительного клапана имеет фиксатор на первом конце для аксиального сообщения со штоковым участком тарельчатого клапана, пружину, расположенную в аксиальном проходе регулировочного вала между посадочным участком регулировочного вала и корпусом предохранительного клапана, регулировочную пружину, размещенную вокруг регулировочного вала и установленную на первом конце вблизи участка второго поршня, колпачок регулятора, соединенный с основным корпусом регулятора и удерживающий регулировочную пружину на втором конце регулировочной пружины, колпачок регулировочного вала, проходящий через отверстие в колпачке регулятора и соединенный с регулировочным элементом таким образом, что при вращении регулировочного элемента колпачок регулировочного вала вращает регулировочный вал, и регулировочный вал продвигается аксиально во второй поршень или из него, в зависимости от направления вращения регулировочного элемента, выходной канал для подачи газа в шланг, при этом вращение регулировочного элемента для продвижения регулировочного вала далее во второй поршень приводит к прижиманию корпуса предохранительного клапана к штоковому участку тарельчатого клапана, в силу чего тарельчатый клапан, по меньшей мере, временно, аксиально смещается, обеспечивая проход воздушного потока через селективное воздушное уплотнение между тарельчатым клапаном и кольцевым уплотнением тарельчатого клапана.
В некоторых примерных вариантах осуществления настоящим изобретением предусмотрен регулятор, содержащий: корпус регулятора, включающий в себя входной канал для соединения с источником газа высокого давления, и регулятор, вмещающий в себя первую ступень и вторую ступень, при этом первая ступень включает в себя первый поршень регулятора и первое гнездо регулятора для регулирования подачи воздуха между камерой высокого давления и камерой низкого давления регулятора, а вторая ступень включает в себя второй поршень регулятора и второе гнездо регулятора для регулирования подачи воздуха между камерой низкого давления и камерой выходного давления, выходной канал, сообщающийся посредством селективного газового потока с выходной камерой для подачи газа под нужным выходным давлением, первый регулировочный механизм, сообщающийся с первой ступенью для регулирования, по меньшей мере, одного рабочего параметра первой ступени, второй регулировочный механизм, сообщающийся со второй ступенью для регулирования, по меньшей мере, одного рабочего параметра второй ступени, при этом и первый регулировочный механизм, и второй регулировочный механизм являются настраиваемыми, по отдельности или в сочетании, с целью обеспечения нужных рабочих характеристик регулятора. В данных или других примерных вариантах осуществления второй регулировочный механизм является настраиваемым с целью подборки нужного рабочего выходного давления для подачи через упомянутый выходной канал (к примеру, для использования в пневматических инструментах и тому подобном). В таких или иных примерных вариантах осуществления первый и второй регулировочные механизмы являются настраиваемыми для селективной наладки упомянутого регулятора с целью подачи газа через упомянутый выход, альтернативно или в сочетании, под низким давлением, под высоким давлением, в небольшом объеме, в большом объеме, в прерывистом режиме, а также в режиме непрерывного потока.
При желании, в одном варианте осуществления или сочетании предыдущих вариантов осуществления, регулятор выполнен так, что колпачок регулятора может быть снят при прикреплении регулятора к находящемуся под давлением цилиндру высокого давления без существенного стравливания давления в цилиндре высокого давления.
В некоторых других рассматриваемых примерах, в одном варианте осуществления или сочетании предыдущих вариантов осуществления, регулятор выполнен так, что пружины (независимо от использованного типа) могут быть выборочно удалены и заменены пружинами другого типа или имеющими другую «жесткость пружины или номинальную силу натяжения пружины», чтобы таким образом изменить выходное давление (psi) регулятора в соответствии с желаемым избранным конечным использованием. В некоторых предпочтительных примерных вариантах осуществления (либо как описано конкретно выше, либо в любом сочетании или субсочетании) выходное давление (psi), которое может быть изменено, выбрано из группы, содержащей: максимальное выходное давление (psi), выходной диапазон давлений (psi), минимальное выходное давление (psi) или некое сочетание перечисленных здесь выходных переменных.
В некоторых вариантах осуществления специальная конфигурация узла кассеты высокого давления выполнена как автономный съемный модуль. Использование такого модуля в таких примерных конфигурациях регулятора обеспечивает простоту технического обслуживания и/или ремонта регулятора, а также, либо в качестве альтернативы, простоту изготовления и/или повышение надежности.
В некоторых предпочтительных примерных вариантах осуществления выходной диапазон давления (psi) можно быстро изменить, просто отключив пружину или комплект пружин. Например, в одном варианте осуществления регулятор может быть выполнен с возможностью переключения между 0-150 psi выходного давления и 0-300 psi выходного давления (на практике, обычно на 150-300 psi выходного давления) простым отключением пружины (или смещением узла механизма). Это важно, по меньшей мере, в одном отношении - когда нужно использовать такой регулятор (например, как часть портативной системы питания) для множества типов конечного применения от накачивания спортивных мячей, например баскетбольных или футбольных, до применений, требующих более высокого давления, к примеру, для запитывания гаечных ключей ударного действия или работы с надувными мешками в чрезвычайных ситуациях и тому подобное.
В разных примерных вариантах осуществления регулятор предназначен для подключения к источнику сжатого воздуха, например, портативной емкости. В таких вариантах осуществления емкость предпочтительно является достаточно небольшой, чтобы переноситься пользователем, и подсоединена через регулятор к шлангу для оперативного подключения к любому количеству пневматических инструментов.
В различных примерных вариантах осуществления поток газа из камеры высокого давления в камеру низкого давления может регулироваться с помощью перестраиваемого или настраиваемого поршневого узла высокого давления (например, включающего в себя тарельчатый клапан и соединенную с ним пружину). Кроме того, в таких примерных или иных вариантах осуществления поток газа из камеры низкого давления в выходную камеру может регулироваться с помощью перестраиваемого или настраиваемого поршневого узла низкого давления. В других вариантах осуществления один или оба поршневых узла высокого и низкого давления являются настраиваемыми и/или перестраиваемыми для получения в целом предсказуемого, по существу или в целом неизменного выходного давления независимо от уменьшений в источнике давления (например, обеспечиваемого цилиндром высокого давления, соединенным с регулятором).
В некоторых из описанных здесь вариантов осуществления продольная позиция регулировочного вала в поршне является настраиваемой пользователем (например, для перестройки регулятора). К примеру, регулятор может включать в себя элемент для регулировки пользователем положения вала в поршне низкого давления.
Кроме того, в некоторых вариантах осуществления регулятор может быть в состоянии принимать воздух и газы на канале впуска воздуха под давлением, по меньшей мере, 0-6000 psi и понижать такое давление воздуха и газов для подачи этого давления воздуха и газов из воздушно-газового выходного канала, в некоторых предпочтительных примерных вариантах осуществления, под давлением между 150-300 psi и в более предпочтительных примерных вариантах осуществления под давлением между 0-300 psi и в еще более предпочтительных вариантах осуществления под давлением между 0-500 psi (например, при различных скоростях подачи нужного объема). В наиболее предпочтительных (но по-прежнему неограничительных) примерных вариантах осуществления можно выбрать самые разнообразные величины давления и объема и подавать их без необходимости замены части и/или существенной настройки регулятора. В некоторых особенно эффективных вариантах осуществления не требуется настройки регулятора при изменении режимов конечного пользования (к примеру, помимо возможного использования элемента выходного давления).
В некоторых вариантах осуществления воздушно-газовый выход подключен через воздушно-газовый шланг к пневматическому инструменту, а регулятор может дополнительно включать в себя воздухозаборник, подключаемый через воздушный шланг, например, к резервуару или компрессору для пополнения воздушного ресивера, соединенного с регулятором.
В другом варианте осуществления настоящее изобретение относится к системе питания портативного пневматического инструмента, которая включает в себя (а) двухступенчатый регулятор, включающий в себя кожух, имеющий, по меньшей мере, первую камеру и вторую камеру, сообщающуюся по текучей среде с первой камерой, узел кассеты высокого давления и поршневой узел высокого давления, расположенный в первой камере, при этом узел кассеты высокого давления имеет канал впуска воздуха, кассету низкого давления или иной узел и поршень низкого давления, расположенный во второй камере, причем кассета низкого давления соединена посредством текучей среды с каналом выпуска воздуха, (b) воздушный ресивер под давлением, а также (c) шланг, соединенный с каналом выпуска воздуха на одном конце и пневматическим инструментом на другом конце.
В некоторых описанных здесь вариантах осуществления регулируемость как первой, так и второй ступени позволяет производить перенастройку регулятора таким образом, что он легко может использоваться с широким рядом пневматических инструментов (в которых используют подачу газа в прерывистом режиме или подачу непрерывного потока). В таких или иных вариантах осуществления регулируемость первой и второй ступени, в качестве дополнительного или альтернативного варианта, обеспечивает перенастройку таким образом, что регулятор подает в целом или по существу стабильное выходное давление газа независимо от нагнетающего давления газа (например, давление газа, поступающего из цилиндра высокого давления из стали, алюминия или углеродных волокон).
У некоторых других конструкций регулятора присутствуют определенные специфические недостатки. К примеру, у пневматических инструментов, таких как дрели, долота, шлифовальные машинки, пескоструйные аппараты, ключи ударного действия и тому подобное, которым для работы постоянно нужен воздушный поток, может наблюдаться «падение». Когда на регулятор из используемого пневматического инструмента передается «падение», давление (psi), вырабатываемое регулятором во время работы инструмента, ненадлежащим образом падает после первоначального запуска инструмента. Например, если инструменту нужно 120 psi для постоянной работы, это означает, что ему нужно 120 psi на тот период времени, в течение которого используют инструмент (например, для эффективной работы). Однако, при наступлении так называемого падения, надлежащее давление воздуха (например, 120 psi) не подается (например, может возникнуть перепад давления в 30-40 psi, что приводит к созданию меньшего давления воздуха, чем требуется инструменту для эффективной работы). Это может также привести к очень быстрой разрядке подключенного цилиндра высокого давления, в связи с чем весь накопленный воздух и/или газ будет использован до полного окончания работ. В некоторых описанных здесь вариантах осуществления изобретения имеются регуляторы, которые могут эффективно передать энергию воздуха и/или газов на требующие постоянного воздушного потока инструменты со значительным сокращением «падения» или существенным либо полным устранением «падения».
КРАТКОЕ ОПИСАНИЕ ЧЕРТЕЖЕЙ
Теперь ниже будут описаны некоторые примеры изобретения применительно к некоторым неограничительным вариантам их осуществления, как показано на нижеследующих чертежах, на которых:
на фиг.1 показан трехмерный вид варианта осуществления регулятора согласно объекту изобретения;
на фиг.2 показан вид сверху в разрезе варианта осуществления регулятора, представленного на фиг.1;
на фиг.3 показан другой вид сверху в разрезе варианта осуществления регулятора, представленного на фиг.1;
на фиг.4 показан вариант осуществления регулятора, представленного на фиг.3 с иным штрихованием частей, при этом некоторые части для ясности опущены, а регулятор показан в режиме под давлением;
на фиг.5 показан трехмерный вид с пространственным разделением деталей регулятора, представленного на фиг.1;
на фиг.6 показан трехмерный вид с пространственным разделением деталей съемной кассеты высокого давления в соответствии с одним вариантом осуществления объекта изобретения;
на фиг.7 показан трехмерный вид с пространственным разделением деталей регулировочного вала, предохранительного клапана и сопряженных частей, пригодных в сочетании, по меньшей мере, с одним вариантом осуществления регулятора согласно объекту изобретения;
на фиг.8 показан рентгеновский вид регулировочного вала, пригодного в сочетании, по меньшей мере, с одним вариантом осуществления регулятора согласно объекту изобретения;
на фиг.9 показан вид в разрезе регулировочного вала, пригодного в сочетании, по меньшей мере, с одним вариантом осуществления регулятора согласно объекту изобретения.
ПОДРОБНОЕ ОПИСАНИЕ НЕКОТОРЫХ ВАРИАНТОВ ОСУЩЕСТВЛЕНИЯ
Для более полного понимания настоящего изобретения теперь сделана ссылка на нижеследующее описание различных иллюстративных и неограничительных вариантов его осуществления, взятых в сочетании с сопровождающими чертежами, на которых сходными ссылочными позициями обозначены сходные признаки.
Обратившись сначала к фиг.1 и 7, видим на них виды в сборе и с пространственным разнесением деталей примерного регулятора согласно объекту изобретения. В этом отношении на фигурах показан регулятор 1, содержащий узел из четырех основных компонентов или подузлов, включающих в себя основной корпус 5 регулятора, кассету высокого давления или модуль 3 «включено-выключено», колпачок 47 регулятора и защитный кожух 7 манометра, каждый из которых в сборе содержит и/или функционально вмещает в себя основные функциональные компоненты регулятора 1.
В этом отношении, кассета 3 высокого давления регулятора 1 в целом содержит кассетный корпус 61, имеющий первый конец 4 для резьбового зацепления с цилиндром высокого давления или иным источником воздуха высокого давления, а также второй конец 6 для резьбового зацепления с основным корпусом 5 регулятора. При этом первый конец 4 включает в себя входное отверстие 74 высокого давления для сообщения по газовому потоку с цилиндром высокого давления, с которым он осуществляет соединение (или соединен). Второй конец 6 кассетного корпуса 61 дополнительно включает в себя второе отверстие для удержания, по меньшей мере, участка поршневого узла высокого давления (включающего в себя поршень 8 высокого давления и сопряженные части, как будет дополнительно подробно описано ниже) и также включает в себя среднее отверстие, расположенное между первым отверстием и вторым отверстием, вмещающее в себя кулачковый вал или шток 65. К кулачковому штоку 65 прикреплен элемент или рычаг 63 (который служит рабочим механизмом кулачкового вала) для вращения кулачкового вала в среднем отверстии. В проиллюстрированных вариантах осуществления кулачковый шток 65 имеет эксцентриковую форму для аксиального смещения или перемещения стопора 69 «включено-выключено» при вращении кулачкового штока во внутреннем канале кассетного корпуса 61, расположенного между первым отверстием 74 и кулачковым штоком. Как показано, стопор «включено-выключено» закреплен в кассетном корпусе с помощью полого установочного винта 73, который захватывает или удерживает стопорную пружину 71.
В частности, при повороте кулачкового рычага 63 кулачковый шток 65 перемещает стопор 69 «включено-выключено» между открытым и закрытым положениями, тем самым открывая и закрывая воздушный поток высокого давления в регуляторе (т.е. из источника воздуха высокого давления, например, цилиндра под давлением) путем разблокирования и блокирования пути воздуха, который начинается в отверстии 74 (уплотнительное кольцо 75 размещено вокруг стопора 69 для селективного осуществления воздухонепроницаемого уплотнения).
Как видно из фигур, поршень 8 высокого давления размещен в регуляторе таким образом, что его первый конец входит, по меньшей мере, частично, во второе отверстие кассетного корпуса 61. Первый конец поршня 8 высокого давления включает в себя утопленную область, на которой расположено уплотнение 9 поршня высокого давления. Кроме того, поршень 8 имеет сквозное отверстие 10 в боковой стенке, примыкающее к размещенному по центру отверстию 12 для газового потока, проходящему по существу или полностью по его длине. Второй конец поршня 8 проходит или находится (в данном варианте осуществления), по меньшей мере, частично, в кассетной камере основного корпуса 5 регулятора (например, кассета 3 высокого давления соединена резьбой с корпусом 5 через ее кассетную камеру). В этой области поршень 8 включает в себя проходящий вбок кольцевой фланцевый участок, несущий уплотнительное кольцо 17 для обеспечения уплотнения между кольцевым фланцевым участком и смежным участком регулятора, например, через разъем 27 тарельчатого клапана, установленного в отверстии корпуса 5, в данном конкретном неограничительном варианте осуществления.
В разъеме 27 тарельчатого клапана установлен тарельчатый клапан 23, расположенный в целом аксиально на одной линии со вторым концом поршня 8 высокого давления (например, вблизи конца с областью кольцевого фланцевого участка) и противоположно ему. Между тарельчатым клапаном 23 и кольцевым фланцевым участком (поршня 8) расположена тарельчатая пружина 25. Одним концом эта пружина закреплена в отверстии тарельчатого клапана 23, а другим концом прикреплена к области фланцевого участка поршня 8. Тарельчатый клапан 23 включает в себя размещенный по центру штоковый участок, проходящий через уплотнение 29 кольцевого тарельчатого клапана, и тарельчатую пружину 25, которая в некоторых рабочих режимах прижимает тарельчатый клапан 23 к этому уплотнению 29 с тем, чтобы обеспечить селективное уплотнение воздушного потока между камерой промежуточного давления и камерой низкого давления (дополнительно описанными ниже).
Продвигаясь далее вверх по корпусу регулятора, видим второй поршень 39 низкого давления, расположенный на аксиальном удалении от тарельчатого клапана 23 (например, вблизи его штокового участка) и включающий в себя резьбовое отверстие, расположенное в целом по его центру. Регулировочный вал 37 находится в резьбовом зацеплении с резьбовым отверстием поршня 39 таким образом, что аксиальное положение вала 37 в поршне 39 может регулироваться путем завинчивания и вывинчивания. Регулировочный вал 37 включает в себя в целом размещенный по центру аксиальный проход для обеспечения сквозного прохода воздуха. Кроме того, регулировочный вал имеет первый конец с отверстием, вмещающим в себя корпус 31 предохранительного клапана, а также имеет второй конец, находящийся во взаимном вращательном зацеплении с колпачком 45 регулировочного вала. Хотя вал 37 зацеплен с колпачком 45 таким образом, что они синхронно вращаются друг с другом, вал 37 конструктивно выполнен так, что он может дополнительно перемещаться аксиально в зацеплении и вне зацепления с охватывающим участком зацепления колпачка.
Корпус 31 предохранительного клапана включает в себя фиксатор на первом конце для аксиального сообщения со штоковым участком тарельчатого клапана 23, пружина 33 предохранительного клапана расположена в аксиальном проходе регулировочного вала 37 между посадочным участком регулировочного вала и корпусом 31 предохранительного клапана. В некоторых рабочих режимах это приводит к смещению корпуса предохранительного клапана к штоку тарельчатого клапана. Регулировочная пружина 43 расположена вокруг регулировочного вала 37, посажена на первом проксимальном конце или на вершине участка второго поршня 39 низкого давления (например, на установочном буртике пружины) и закрыта или закреплена на его другом конце посредством колпачка 47 регулятора. Сам колпачок 47 в этом варианте осуществления соединен с основным корпусом 5 с помощью резьбы.
Колпачок 45 регулировочного вала простирается через отверстие колпачка 47 регулятора и предпочтительно соединен с регулировочным элементом 49 таким образом, что при вращении регулировочного элемента колпачок регулировочного вала вращает регулировочный вал 37, и регулировочный вал аксиально продвигается далее во второй поршень 39 низкого давления или выдвигается из него в зависимости от направления вращения регулировочного элемента. Более конкретно, вращение регулировочного элемента в направлении дальнейшего продвижения регулировочного вала 37 во второй поршень 39 (низкого давления) заставляет корпус 31 предохранительного клапана прижиматься к штоковому участку тарельчатого клапана 23, в силу чего тарельчатый клапан, по меньшей мере временно, аксиально смещается и обеспечивает проход воздушного потока через селективное воздухонепроницаемое уплотнение между тарельчатым клапаном 23 и кольцевым уплотнением 29 тарельчатого клапана.
В корпусе регулятора имеется выходной канал 97 для подачи воздуха в шланг, к примеру, сообщающийся по воздушному потоку с камерой низкого давления (LPC), наиболее четко различимой на фиг.4 (на которой показан регулятор под давлением и поршень 39 низкого давления, приподнятый на расстояние «d»). При этом канал 97 предпочтительно оснащен резьбовыми стенками для установки быстросъемного соединителя типа «соединено-отсоединено» для подсоединения, к примеру, к воздушно-газовому шлангу (для соединения, например, с пневматическим инструментом).
В предпочтительных, но необязательно во всех вариантах осуществления регулятор 1 включает в себя предохранительный канал, приспособленный для использования с целью стравливания всего давления из регулятора в случае необходимости (например, ввиду необходимости ремонта, или настройки, или по любой другой необходимости). В таких вариантах осуществления, как показаны на фиг.2, имеется уплотнение 57 предохранительного канала, закрепленное на месте с целью герметизации предохранительного канала с помощью заглушки 59. В проиллюстрированном варианте осуществления заглушка 59 имеет выпуклую поверхность для создания концентрированного давления вблизи центрального участка уплотнения 57. Чтобы снять заглушку 59, может быть использован шестигранный ключ (к примеру) просто для вывинчивания ее из корпуса регулятора, тем самым стравливая давление из регулятора (и/или из подключенного цилиндра высокого давления в некоторых вариантах осуществления, которые включают в себя подсоединенные воздушные проходы между предохранительным каналом и входным отверстием 74).
Для заполнения подключенного цилиндра высокого давления, когда регулятор 1 подсоединен к такому цилиндру (или сходному устройства хранения воздуха), предусмотрен наполнительный канал (FP), такой как представлен на фиг.3. Как можно видеть на этой фигуре, этот наполнительный канал соединен через воздушные проходы (AP1) (при этом на фигуре некоторые участки затенены) с воздушными проходами AP2 в кассете 3 высокого давления (при этом такое соединение, к примеру, загерметизировано уплотнительным кольцом 103), которые, в свою очередь, представляют собой воздушные пути, соединенные с отверстием 74, на которое после его создания подают воздушное давление из цилиндра высокого давления. За счет этих соединений воздушных путей наполнительный канал (FP) может быть использован для наполнения сосуда высокого давления или цилиндра для дальнейшего использования с целью запитывания, к примеру, пневматических инструментов. В качестве предохранительного устройства предусмотрен также канал 101 разрывной мембраны (с сопряженной разрывной мембраной), соединенный с этими воздушными путями.
Как можно видеть на различных фигурах, кассета 3 высокого давления соединяется с основным корпусом 5 регулятора, в предпочтительных вариантах осуществления, путем простого ввинчивания в него с использованием уплотнительных колец, например, уплотнительных колец 79 и 81, там, где надлежит получить или достичь необходимых уплотнений.
При эксплуатации проиллюстрированный двухступенчатый регулятор предпочтительно прикреплен к портативному воздушно-газовому цилиндру высокого давления таким образом, что отверстие 74 сообщается по воздушно-газовому потоку с источником сжатого воздуха/газа (например, находящимся в подсоединенном воздушно-газовом цилиндре высокого давления). При этом при переводе кулачкового штока 65 в положение «открыто» сжатый воздух может войти в регулятор и пройти через уплотнение 9, когда поршень 8 находится во втянутом положении и уплотнение 9 не прижато к уплотнительной заглушке 87. Воздух под давлением, который проходит через уплотнение 9, наполняет область или пространство между заглушкой 91 поршня и внешней окружностью первого концевого участка поршня 8 и поступает в сквозное отверстие 10 этого поршня. После попадания в сквозное отверстие 10 воздух под давлением проходит через отверстие 12 для газового потока, выходит из поршня 8 и поступает в селективно уплотненное пространство над областью кольцевого фланцевого участка поршня. При наполнении пространства воздухом под давлением величины, достаточной для преодоления направленной вверх силы смещения пружины 11 (направленной вверх силы смещения, приложенной к обращенному вниз участку области кольцевого фланцевого поршня 8), это давление прижимает уплотнение 9 высокого давления к уплотнительной заглушке 87 высокого давления, и проход воздуха со стороны высокого давления регулятора на участок промежуточного давления (или камеру промежуточного давления IPC) регулятора временно останавливается. Применительно к этому соединению следует отметить, что в некоторых предпочтительных вариантах осуществления (таких, как показано) пространство ниже области кольцевого фланцевого участка поршня 8 подвергается воздействию атмосферного или окружающего давления (при этом будучи герметически отделенным от воздействия других камер регулятора уплотнительными кольцами, например, 17 и 79). Это выполнено путем проделывания отверстий P1 и P2, как показано на фиг.3. Эти отверстия представляют собой просто отверстия в корпусе регулятора, ведущие наружу регулятора. Говоря вкратце, при поддержании низкого атмосферного давления под областью кольцевого фланцевого участка поршня 8, даже когда этот поршень смещен вниз (относительно положения, представленного на фигурах), нежелательного сопротивления воздуху под давлением не возникает (например, «сдавливания» воздуха), что обеспечивает устойчивую и/или предсказуемую настройку регулятора скорее путем подбора рабочих характеристик пружин (например, для пружины 11), чем расчета на потенциальный дополнительный эффект от изменения величин давления воздуха в этой области (при этом движение поршня 8 является, по меньшей мере, частично, отражением дифференциала сил (созданных или пружинами, и/или давлением воздуха), приложенных к верхним и нижним областям кольцевого фланцевого участка поршня.
Чтобы выбрать и обеспечить давление воздуха в камере низкого давления или выходной области регулятора 1, используют регулировочный элемент 49 для ввинчивания регулировочного вала 37 аксиально далее в поршень низкого давления 39. После этого предохранительный клапан 31 смещается вниз к штоковому участку тарельчатого клапана 23. При приложении достаточной направленной вниз силы смещения к тарельчатому клапану 23 преодолевается направленная вниз сила смещения, создаваемая пружиной 25, и воздушное уплотнение между уплотнением 29 тарельчатого клапана и тарельчатым клапаном 23 становится временно «нарушенным». В частности, после «нарушения» воздух под давлением может проходить через уплотнение 29 в камеру низкого давления (LPC). По мере заполнения этой камеры (LPC) воздухом под давлением воздух под давлением воздействует или начинает поджимать нижнюю поверхность поршня 39 низкого давления. Когда в камере низкого давления (LPC) создается достаточное давление воздуха (т.е. под поршнем 39), достаточно большое для преодоления направленных вниз сил смещения регулировочной пружины 43 (т.е. приложенных к верхней области поршня 39), направленное вниз давление смещения на тарельчатый клапан 23 уменьшается, и с помощью пружины 25 тарельчатый клапан 23 опять прижимается к уплотнению 29 тарельчатого клапана таким образом, что уплотнение между камерой промежуточного давления (IPC) и камерой низкого давления (LPC) восстанавливается. Разумеется, поскольку имеется выходной манометр 15, пользователь может проконтролировать давление, поступающее в камеру низкого давления (LPC), и в силу этого выбрать давление, которое будет подано в выходной канал 97 (и, соответственно, к примеру, на подсоединенный пневматический инструмент). При этом, продвигая регулировочный вал 37 далее в регулятор и поршень 39 (с помощью регулировочного элемента 49), получают большие величины давления в камере низкого давления. И наоборот, выдвигая вал 37 далее из поршня 39 (т.е. вверх относительно положения, представленного на фигурах), подают меньшие величины давления в камеру низкого давления. Разумеется, в ходе эксплуатации, когда регулятор находится под давлением и иным способом открыт и соединен с источником воздуха высокого давления, воздух при использовании выходит из камеры низкого давления (через канал 97, возможно, соединенный со шлангом и тому подобным). При такой откачке воздуха при использовании (например, при запитывании пневматического гайковерта) падение давления в камере низкого давления (что приводит к уменьшению направленной вверх силы смещения, приложенной к поршню 39) позволяет силе пружины 43 снова временно открыть уплотнение между тарельчатым клапаном 23 и уплотнением 29 тарельчатого клапана, так что воздух под давлением дополнительно поступает в камеру низкого давления (LPC). Конечно, это открывает новый рабочий цикл (в котором уплотнение в конечном итоге опять закрывается и т.д.).
В качестве дальнейшего усовершенствования уровня техники рассматриваемого регулятора, когда нужно настроить регулятор 1 так, чтобы регулятор выдавал меньшее выходное давление, это давление можно выбрать просто поворачивая регулировочный элемент 49 в надлежащем направлении (как описано выше), и любое давление на выходной стороне регулятора, которое выше выбранного выходного давления, будет стравлено через внутренний проход в регулировочном валу 37. Более конкретно, когда регулировочный вал 37 выдвинут по направлению из поршня 39, сниженное давление воздуха в камере низкого давления позволяет пружине 33 переместить предохранительный клапан 31 таким образом, что его уплотнительное кольцо 21 более не обеспечивает (временно) воздушное уплотнение с центральным участком вала. Когда это уплотнение нарушено, воздух под давлением выходит через центральный проход вала 37 и в окружающую атмосферу. Конечно, после стравливания достаточного объема воздуха предохранительный клапан 31 автоматически возвращается (за счет дифференциала усилий пружины и воздуха под давлением) в уплотнительное зацепление с отверстием вала 37 (с помощью его уплотнительного кольца). После стравливания воздух более не выходит через регулировочный вал и образуется нужное выходное давление (например, для подачи на пневматический инструмент).
По меньшей мере, в одном варианте осуществления изобретения имеются регулировочные валы 37 с механизмами для ограничения подачи выходного давления. Например, как показано на фиг.8 и 9, эти выходные валы оснащены отверстиями для приемки блокирующих штифтов (не показаны). Путем вставки штифта в одно из соответствующих мест физически блокируют ход или аксиальную регулируемость вала. Места для этих отверстий могут быть выбраны, конечно, так, чтобы соответствовать конкретным выходным величинам (psi), как это показано (или иным нужным способом). Более конкретно, путем ограничения аксиальной регулируемости ограничивают объем воздушного потока, поступающего в камеру низкого давления, с помощью регулировочного элемента. Этот признак может быть реализован, например, в целях безопасности или для предотвращения ущерба инструментам (которые могли бы быть повреждены непреднамеренно высоким поданным выходным давлением).
После ознакомления с настоящим описанием специалистам в данной области техники станут очевидны многие другие признаки, модификации и усовершенствования. Соответственно, эти признаки, модификации и усовершенствования рассматриваются как часть изобретения, без ограничений, налагаемых описанными здесь примерными вариантами осуществления. Кроме того, любое слово, термин, фраза, признак, пример, вариант осуществления, либо часть или их сочетание, использованное для описания или иллюстрации представленных здесь вариантов осуществления, если только не сформулировано безоговорочно, как явно однозначно определенное, или иным способом не сформулировано безоговорочно, как ограничительное, не служит для придания изобретению ограничительного объема в противоречие с обычным значением условий формулы изобретения, которыми во всем остальном определяется объем патентных прав собственности.