РЕДУКЦИОННОЕ УСТРОЙСТВО
REDUCING DEVICE

Изобретение относится к области пневмоавтоматики и может быть использовано для автоматического регулирования давления газа, преимущественно в пневмосистемах с повышенными требованиями по виброшумовым характеристикам.
Известен регулятор давления газа по авторскому свидетельству СССР №1156025 кл. G05D 16/10 (прототип), содержащий во входном канале отсечной клапан прямого действия, т.е. без пневмоусиления. В выходном канале регулятора имеется предохранительный клапан, выходной канал которого соединен с дренажем через дроссель и с управляющим поршнем отсечного клапана, непосредственно связанным с клапаном перекрытия входной магистрали.
Недостатком этого регулятора являются значительные массогабаритные характеристики отсечного клапана прямого действия, особенно при низком управляющем давлении на его поршне.
Этот недостаток устраняется при использовании в редукционном устройстве отсечного клапана, приведенного в книге «Устройства и агрегаты пневмоавтоматики стартовых Комплексов. Конструкции и характеристики», Арзуманов Ю.Л. и другие, Ковров, КГТА, 1999, стр.57.
Указанный отсечной клапан выполнен по схеме с пневмоусилением и содержит входной и дренажный разгрузочные клапаны, что позволяет снизить массогабаритные характеристики.
Недостатком указанного отсечного клапана является наличие расхода газа со входа в дренаж через разгрузочный клапан в промежуточном положении клапана. Особенно это проявляется в случае плавного повышения выходного давления и частичного открытия разгрузочного клапана, когда происходит так называемое «зависание» клапана и входной канал сообщен с дренажем, при этом происходит длительный паразитный расход газа со входа в дренаж.
Следствием этого расхода являются шумы и вибрации, возникающие в редукционном устройстве и передающиеся на соседние элементы системы.
Предложено редукционное устройство, содержащее регулятор давления газа, во входном канале отсечной клапан с пневмоусилением, а в выходном канале предохранительный клапан. Отсечной клапан содержит разгрузочные входной и дренажный клапаны, обеспечивающие функции пневмоусиления. Выходной канал предохранительного клапана соединен с дренажем через дроссель и с поршнем входного и дренажного разгрузочных клапанов в составе отсечного клапана.
Отличается предложенное редукционное устройство тем, что предусмотрена обойма с двумя заплечиками, в которой размещены входной и дренажный разгрузочные клапаны, отжатые друг от друга пружиной до упора в заплечики. Предусмотрен дополнительный ход обоймы, обеспечивающий закрытое положение входного и дренажного разгрузочных клапанов в промежуточном положении обоймы в процессе срабатывания отсечного клапана.
Технический эффект от использования изобретения заключается в исключении паразитных расходов газа высокого давления из входной магистрали в дренаж и в снижении уровня шума и вибрации работы пневмосистем. Исключение паразитных расходов газа и шума в виде шипения или свиста при истечении газа со входа в дренаж обеспечивается одновременным перекрытием входного и дренажного разгрузочных клапанов в составе отсечного клапана в переходных процессах его срабатывания.
Снижение уровня шума и вибраций при работе пневмосистем обеспечивается исключением длительного расхода газа в окружающую среду в процессе плавного изменения давления в системе.
На чертежах изображено предложенное редукционное устройство.
На фиг.1 приведен общий вид редукционного устройства.
На фиг.2 показано исходное открытое положение разгрузочных клапанов в составе отсечного клапана при выходном давлении, не превышающем заданное значение.
На фиг.3 показано промежуточное положение разгрузочных клапанов в процессе плавного повышения регулируемого давления.
На фиг.4 показано закрытое положение разгрузочных клапанов при выходном давлении, превышающем заданное значение.
Предложенное редукционное устройство состоит из регулятора давления газа 1, во входном канале 2 установлен отсечной клапан с пневмоусилением 3, а из выходного канала 4 выполнен отвод в дренаж, в котором установлен предохранительный клапан 5, входящий в состав регулятора давления газа 1.
Отсечной клапан 3 содержит основной клапан 6 с пневмоприводом 7, разгрузочные входной 9 и дренажный 10 клапаны, размещенные в обойме 11, имеющей заплечики 12, 13. Разгрузочный входной 9 и разгрузочный дренажный 10 клапаны отжимаются друг от друга пружиной 14 до упора в заплечики 12, 13. Обойма 11 связана толкателями 8 с поршнем 15 и с возвратной пружиной 16. Имеется дополнительный ход А обоймы 11, который обеспечивает в промежуточном положении одновременное закрытое положение входного 9 и дренажного 10 разгрузочных клапанов. В этом случае полный ход обоймы Б равен сумме ходов В входного клапана, Г дренажного клапана и дополнительного хода А. Входной канал 17 входного разгрузочного клапана 9 соединен с входным каналом 18 основного клапана. Выходной канал 19 соединен с полостью пневмопривода 7 основного клапана, дренажный канал 20 разгрузочного дренажного клапана 10 сообщен с окружающей средой.
Регулятор давления газа 1 содержит редукционный клапан 21, связанный через толкатели с предохранительным клапаном 5, с чувствительным элементом 22 и нагрузочной пружиной 23. Пружина 24 установлена в направлении отжатия предохранительного клапана 5 от уплотнительной поверхности чувствительного элемента 22. Регулировочный винт 25 предназначен для поджатая нагрузочной пружины 23.
Выходной канал 26 предохранительного клапана 5 соединен через дроссель 27 с дренажем и с поршень 15.
Работает редукционное устройство следующим образом.
В исходном положении при поданном высоком давлении на входной канал 18 отсечного клапана 3 разгрузочный клапан 9 открыт. Давление по каналам 17, 19 попадает на пневмопривод 7, открывая основной клапан 6. Газ по каналу 2 попадает на регулятор давления 1, редукционный клапан 21 которого в начальном положении открыт нагрузочной пружиной 23, а предохранительный клапан 5 закрыт. В выходном канале 4 устанавливается низкое регулируемое давление в соответствии с усилием настройки нагрузочной пружины 23 регулировочным винтом 25.
При повышении регулируемого давления выше заданного значения, например, вследствие не герметичности редукционного клапана 21 или повышения температуры в замкнутом выходном объеме при закрытом редукционном клапане 21, происходит сжатие нагрузочной пружины 23 и подъем чувствительного элемента 22 под действием повышенного давления.
При этом открывается предохранительный клапан 5 и сбрасывает избытки газа из выходной полости в дренаж через дроссель 27. Открытие предохранительного клапана 5 при подъеме чувствительного элемента 22 происходит за счет пружины 24, отжимающей их друг от друга.
При истечении газа в дренаж через дроссель 27 в управляющей полости поршня 15 появляется давление по принципу проточной полости. В этом случае, чем больше расход и больше сечение открытого предохранительного клапана 5, тем выше давление в управляющей полости поршня 15.
При определенном давлении на поршне 15 преодолевается усилие возвратной пружины 16 и происходит перемещение обоймы 11. Ее перемещение можно рассматривать в три этапа.
На первом этапе подвижные части перемещаются от исходного положения, указанного на фиг.2, до промежуточного положения, приведенного на фиг.3. При этом обойма 11 двигается совместно с входным разгрузочным клапаном 9 на величину хода В. В конце хода входной разгрузочный клапан 9 и дренажный разгрузочный клапан 10 закрыты. Между заплечиком 13 и упором дренажного разгрузочного клапана 10 остается зазор А.
На втором этапе происходит перемещение обоймы 11 на величину дополнительного хода А до момента контакта заплечика 13 с дренажным разгрузочным клапаном 10. При этом входной 9 и дренажный 10 разгрузочные клапаны остаются закрытыми. Перетекание газа из входной магистрали в дренаж по каналу 20 исключено.
На третьем этапе подвижные части перемещаются до положения, указанного на фиг.4. В этом случае, при закрытом входном разгрузочном клапане 9, обойма перемещается вместе с дренажным разгрузочным клапаном 10, открывая его на ход Г.
При открытии дренажного разгрузочного клапана 10 происходит дренирование давления газа через дренажный канал 20 из управляющей полости пневмопривода 7 и закрытие основного клапана 6. Поступление давления на регулятор давления газа 1 прекращается. Избыточное давление на выходе регулятора давления газа 1 стравливается из канала 26 через дроссель 27 в дренаж.
Вследствие этого, давление на поршне 15 падает. Происходит перемещение подвижных частей в порядке, обратном случаю, происходящем при нарастании выходного давления, т.е. закрытие дренажного разгрузочного клапана 10, открытие входного разгрузочного клапана 9 и открытие основного клапана 6.
Сначала закрывается разгрузочный дренажный клапан 10 на величину хода Г. Затем происходит дополнительный ход обоймы 11 на ходе А и открытие входного разгрузочного клапана 9 на ход В. При этом во всех промежуточных положениях не происходит перетечек газа со входа в дренаж.
После открытия входного разгрузочного клапана 9 газ со входа по каналам 17, 19 подается в управляющую полость пневмопривода 7. Основной клапан 6 открывается. На выходе регулятора давления газа 1 устанавливается заданное значение выходного регулируемого давления.
В случае, если причина повышения регулируемого давления не устранена, редукционное устройство работает с периодичным закрытием и открытием отсечного клапана 3. Однако потерь газа из выходной магистрали не происходит, так как отсутствует «зависание» входного и дренажного разгрузочных клапанов в промежуточном положении, вследствие того, что во всех переходных процессах срабатывания отсечного клапана 3 входной канал 17 разобщен с дренажным каналом 20.
Приведем оценочный расчет экономии газа во входной магистрали при использовании предложенного редукционного устройства вместо известного. Рассмотрим случай «зависания» разгрузочного клапана в аналоге, при плавном повышении регулируемого давления выше заданного значения. Расчет приведен из условия, что в редукционном устройстве появляется длительный установившийся расход через дроссель при частично открытом предохранительном клапане, и тогда происходит сброс избыточного выходного давления. При этом давление на чувствительном элементе разгрузочного клапана не полностью открывает дренажный клапан и закрывает входной разгрузочный клапан. Происходит «зависание» клапанов и газ вытекает из входной магистрали в дренаж.
Расчет расхода для критического истечения газа (G) через разгрузочный клапан проводим по формуле:
где
µ=0,82 - коэффициент расхода для пары клапан - седло;
2
F=0,008 см - проходное сечение разгрузочного клапана;
вх
2
Р=50 кгс/см - давление газа во входной магистрали;
Т=293 К - температура газа;
φ
B=0,4 - газовые параметры для рабочей среды (воздух);
2
При таких расходах за один час теряется 27,6 кг входного воздуха, за сутки - 662 кг, т.е. более 6-ти баллонов объемом 400 литров с давлением 200 кгс/с.
В предложенном редукционном устройстве эти паразитные расходы исключены.