РЕГУЛЯТОР И СПОСОБ РЕГУЛИРОВАНИЯ ПОТОКА ГАЗА
REGULATOR AND GAS FLOW REGULATION METHOD

Изобретение относится к регуляторам давления газа, в частности к редукторам дыхательных аппаратов, предназначенных для понижения давления газа, подаваемого из емкостей ограниченного объема.
Известен газовый редуктор ОАО НПП "Респиратор" (патенты RU №51761 U1 от 26.07.2005, RU №2089773 от 25.10.1993, RU №72937 U1 от 25.12.2007, прототип), содержащий корпус, крышку, камеру высокого давления (КВД) газа с подсоединенным к ней входным штуцером с фильтром, камеру редуцированного давления (КРД) газа, камеру регулирования, разделенную поршнем с плунжером на две полости - поршневую полость и кольцевую полость. В корпусе выполнено отверстие, соединяющее КВД с КРД с кромкой, выступающей в КРД в виде конического седла, а в торец плунжера запрессована уплотнительная шайба, контактирующая с седлом. КРД соединена с поршневой полостью КР каналом в плунжере, а с окружающей средой - каналом с регулируемым обратным клапаном. В кольцевой полости между корпусом и поршнем установлена пружина, отжимающая плунжер с уплотнительной шайбой от седла и обеспечивающая соединение КВД и КРД через зазор между седлом и уплотнительной шайбой, при перетекании через который газ дросселируется и поступает в КРД редуцированным. При увеличенном давлении в КРД газ поступает по каналу в поршневую полость и перемещает поршень с плунжером, уменьшая зазор между седлом и уплотнительной шайбой и, соответственно, давление в КРД. При величине давления газа в КРД более допустимой регулируемый обратный клапан открывается, выпуская газ в окружающую среду. В газовом редукторе (патент RU №2089773) функцию поршня выполняет мембрана, имеющая плунжер.
Недостаток данного газового редуктора - в подаче газа потребителю, начинающейся со скачка давления из-за наличия максимального зазора между седлом и уплотнительной шайбой, который имеется при отсутствии давления в КВД, так как пружина отжимает поршень с плунжером, а уменьшение зазора возможно лишь при наличии в КВД и КРД газа под давлением.
Аналогичный скачок давления газа в КРД и у потребителя возникает при способе работы регуляторов давления (патент US №7418976 от 30.08.2006 и заявка US №2006/0137745 от 05.12.2005) и обусловлен наличием пружины, отжимающей поршень с плунжером от седла при отсутствии газа под давлением в КВД и последующей его подаче в КВД.
Известен способ регулирования давления газового потока в регуляторе (патент ЕР №1151364 В1 от 15.12.1999, фиг.2, 3, прототип), имеющем
- корпус и выполненные в нем три разделенные стенками камеры:
- камеру высокого давления (КВД) и камеру редуцированного давления (КРД), разделенные первой стенкой;
- камеру регулирования (КР), отделенную второй стенкой от камеры КРД;
- отверстие с седлом, размещенное в первой стенке;
- перегородку с подвижным плунжером, проходящим через отверстие во второй стенке, разделяющую КР на поршневую и кольцевую полости;
- соединенный с плунжером и размещенный в КВД или КРД клапан с уплотнительным элементом, взаимодействующим с седлом;
- первый канал, соединяющий одну из полостей КР с камерой под давлением газа;
- второй канал с дросселем, соединяющий КРД с кольцевой полостью КР;
- третий канал, соединяющий полости под редуцированным давлением с окружающей средой;
включающий
- подачу газа в КВД, смещение плунжера с перегородкой и образование зазора между седлом и уплотнительным элементом;
- поступление газа через каналы в полости КР;
- перемещение перегородки с плунжером и клапаном под действием на нее разности давления газа, увеличивающее зазор между седлом и уплотнительным элементом клапана;
- поступление потока газа в КРД и, соответственно, потребителю газа;
- поступление газа через второй канал с дросселем в кольцевую полость КР;
- действие разности давления газа на перегородку;
- изменение (увеличение, уменьшение) потока газа, поступающего потребителю из КРД, и давления газа в КРД, вызывающее перетекание газа между КРД и полостями КР, перемещение перегородки с плунжером и клапаном в направлении равнодействующей всех сил, действующих на перегородку и плунжер, изменение величины зазора между уплотнительным элементом клапана и седлом, соответствующее смещению перегородки, а также давления и подачи газа потребителю;
- выпуск газа в окружающую среду из камер или полостей КР, соединенных с окружающей средой через третий канал при превышении заданной величины редуцированного давления.
Недостаток данного способа регулирования в том, что газ под давлением в поршневую полость КР подают как из КРД, так и из КВД через первый и второй каналы с дросселями, что требует оснащения каналов датчиками давления и электронным регулятором, что усложняет способ регулирования.
Техническая задача изобретения - обеспечение регулирования потока газа в регуляторе при заданной величине редуцированного давления газа, подаваемого от источника к потребителю, при малой амплитуде колебаний давления.
Техническая задача решена в конструкции регулятора и способе регулирования потока газа в регуляторе, имеющем:
- корпус и выполненные в нем три разделенные стенками камеры:
- камеру высокого давления (КВД) и камеру редуцированного давления (КРД), разделенные первой стенкой;
- камеру регулирования (КР), отделенную второй стенкой от КРД;
- отверстие с седлом, размещенное в первой стенке;
- перегородку, соединенную с подвижным плунжером, проходящим через отверстие во второй стенке, разделяющую КР на поршневую и кольцевую полости;
- соединенный с плунжером и размещенный в КРД клапан с уплотнительным элементом, взаимодействующим с седлом;
- первый канал, соединяющий КРД с поршневой полостью КР;
- второй канал, соединяющий кольцевую полость КР с окружающей средой,
при этом
в корпусе имеется третий канал, соединяющий КРД с кольцевой полостью КР;
ко второму каналу подсоединен обратный клапан.
Для уменьшения амплитуды колебаний давления при работе регулятора первый канал расположен в корпусе и имеет дроссель, который может быть регулируемым, обратный клапан, который может быть регулируемым, третий канал расположен во второй стенке корпуса и имеет дроссель, который может быть регулируемым; перегородка может быть выполнена в виде поршня или мембраны.
В описанном регуляторе способ регулирования потока газа включает:
- подачу газа в КВД, смещение перегородки с плунжером и клапаном и изменение зазора между седлом и уплотнительным элементом клапана;
- поступление потока газа через отверстие во второй стенке и седле в КРД и, соответственно, потребителю газа;
- поступление потока газа из КРД через первый канал в поршневую полость КР;
- перемещение перегородки с плунжером и клапаном с уплотнительным элементом под действием на них разности давлений газа, увеличивающее зазор между седлом и уплотнительным элементом клапана;
- перетекание газа из КРД через третий канал с дросселем в кольцевую полость КР;
- действие разности давлений газа на перегородку со стороны поршневой и кольцевой полостей;
- изменение (увеличение, уменьшение) потока газа, поступающего потребителю из КРД, и давления газа в КРД, вызывающее перетекание газа между КРД, поршневой и кольцевой полостями КР, перемещение перегородки с плунжером и клапаном в направлении равнодействующей всех сил, действующих на перегородку и плунжер, изменение величины зазора между уплотнительным элементом клапана и седлом, соответствующее смещению плунжера, а также давления и подачи газа потребителю,
при этом
- газ перетекает из КРД в кольцевую полость КР и в обратном направлении через соединяющий их третий канал с дросселем, создавая разность давлений и сил, действующих на перегородку, вызывая ее перемещение с плунжером и клапаном, изменение зазора между уплотнительным элементом клапана и седлом и соответствующее этому изменению регулирование подачи и давления газа, поступающего в КРД.
Для поддержания заданной величины давления газа в КРД при превышении давления в кольцевой полости КР выше заданного, газ периодически перетекает в окружающую среду через второй канал и подсоединенный к нему обратный клапан.
Технический эффект - обеспечение автоматического регулирования заданной величины редуцированного давления газа, подаваемого от источника к потребителю при малой амплитуде колебаний, - достигается за счет новой совокупности признаков:
в корпусе имеется третий канал, соединяющий КРД с кольцевой полостью КР;
ко второму каналу подсоединен обратный клапан.
Для уменьшения амплитуды колебаний давления при работе регулировании первый канал расположен в корпусе и имеет дроссель, который может быть регулируемым, обратный клапан, который может быть регулируемым, третий канал расположен во второй стенке корпуса и имеет дроссель, который может быть регулируемым; перегородка может быть выполнена в виде поршня или мембраны.
В описанном регуляторе способ регулирования потока газа включает:
- подачу газа в КВД, смещение перегородки с плунжером и клапаном и изменение зазора между седлом и уплотнительным элементом клапана;
- поступление потока газа через отверстие во второй стенке и седле в КРД и, соответственно, потребителю газа;
- поступление потока газа из КРД через первый канал в поршневую полость КР;
- перемещение перегородки с плунжером и клапаном с уплотнительным элементом под действием на них разности давлений газа, увеличивающее зазор между седлом и уплотнительным элементом клапана;
- перетекание газа из КРД через третий канал с дросселем в кольцевую полость КР;
- действие разности давлений газа на перегородку со стороны поршневой и кольцевой полостей;
- изменение (увеличение, уменьшение) потока газа, поступающего потребителю из КРД, и давления газа в КРД, вызывающее перетекание газа между КРД, поршневой и кольцевой полостями КР, перемещение перегородки с плунжером и клапаном в направлении равнодействующей всех сил, действующих на перегородку и плунжер, изменение величины зазора между уплотнительным элементом клапана и седлом, соответствующее смещению плунжера, а также давления и подачи газа потребителю,
при этом
- газ перетекает из КРД в кольцевую полость КР и в обратном направлении через соединяющий их третий канал с дросселем, создавая разность давлений и сил, действующих на перегородку, вызывая ее перемещение с плунжером и клапаном, изменение зазора между уплотнительным элементом клапана и седлом и соответствующее этому изменению регулирование подачи и давления газа, поступающего в КРД.
Для поддержания заданной величины давления газа в КРД при превышении давления в кольцевой полости КР выше заданного газ периодически перетекает в окружающую среду через второй канал и подсоединенный к нему обратный клапан.
Совокупность признаков способа не найдена при проведении патентно-информационного поиска, следовательно, техническое решение соответствует критерию «новизна», и не следует явно из известного уровня техники, получено в результате проведения сравнительных испытаний газовых регуляторов, работающих в соответствии с различными способами, поэтому техническое решение соответствует критерию «изобретательский уровень».
На фиг.1 показан газовый регулятор с клапаном, размещенным в КРД, обратным клапаном, подсоединенным к кольцевой полости КР и третьим каналом с регулируемым дросселем.
На фиг.2 - регулятор на фиг.1 с дросселем в третьем канале и с регулируемым дросселем в первом канале.
На фиг.3 - газовый регулятор на фиг.2 с перегородкой в виде мембраны.
На фиг.4 - газовый регулятор на фиг.3 с пружиной в кольцевой полости.
Конструкция регулятора (фиг.1-2) включает:
- корпус 1 и выполненные в нем три разделенные стенками камеры:
- камеру 2 высокого давления (КВД) и камеру 3 редуцированного давления (КРД), разделенные первой стенкой 4;
- камеру 5 регулирования (КР), отделенную второй стенкой 6 от камеры 3;
- отверстие 7 с седлом 8, размещенное в первой стенке 4;
- перегородку 9, соединенную с подвижным плунжером 10, проходящим через отверстие 11 во второй стенке 6, разделяющую камеру 5 на поршневую полость 12 и кольцевую полость 13;
- соединенный с плунжером 10 и размещенный в КРД 3 клапан 14 с уплотнительным элементом 15, взаимодействующим с седлом 8;
- первый канал 16, соединяющий КРД 3 с поршневой полостью 12 КР 5;
- второй канал 17, соединяющий кольцевую полость 13 КР 5 с окружающей средой,
при этом
в корпусе 1 имеется третий канал 18 (фиг.1) или в стенке 6 третий канал 18а (фиг.2-4), соединяющий КРД 3 с кольцевой полостью 13 КР 5;
ко второму каналу 17 подсоединен обратный клапан 19.
Для уменьшения амплитуды колебаний при регулировании давления первый канал 16 расположен в корпусе 1 (фиг.2) и имеет регулируемый дроссель 20; обратный клапан 19, третий канал 18, расположенный в корпусе (фиг.1), имеет регулируемый дроссель 21, а третий канал 18а, расположенный во второй стенке 6 (фиг.2-4), имеет дроссель 21а; перегородка 9 может быть выполнена в виде поршня (фиг.1, 2) или мембраны (фиг.3, 4). Для повышения быстродействия редуктора в начале подачи к нему газа в кольцевой полости может быть установлена пружина 22 (фиг.4).
В описанном регуляторе (фиг.1-4) способ регулирования потока газа включает:
- подачу газа в КВД 2, смещение перегородки 9 с плунжером 10 и клапаном 14 и образование зазора между седлом 8 и уплотнительным элементом 15 клапана 14; при подаче газа в камеру 2 (фиг.4) зазор изменяется после поступления потока газа через первый канал 16 в поршневую полость 12;
- поступление потока газа через отверстие 7 во второй стенке 4 и седле 8 в КРД 3 и, соответственно, потребителю газа;
- поступление потока газа из КРД 3 через первый канал 16 в поршневую полость 12 КР 5;
- перемещение перегородки 9 с плунжером 10 и клапаном 14 с уплотнительным элементом 15 под действием на них разности давлений газа, увеличивающее зазор между седлом 8 и уплотнительным элементом 15 клапана 14;
- перетекание газа из КРД 3 через третий канал 18 (фиг.1) с регулируемым дросселем 21 или канал 18а (фиг.2-4) с дросселем 21а в кольцевую полость 13 КР 5;
- действие разности давлений газа на перегородку 9 со стороны поршневой полости 12 и кольцевой полости 13;
- изменение (увеличение, уменьшение) потока газа, поступающего потребителю из КРД 3, и давления газа в КРД 3, вызывающее перетекание газа между КРД 3, поршневой полостью 12 и кольцевой полостью 13 КР 5, перемещение перегородки 9 с плунжером 10 и клапаном 14 в направлении равнодействующей всех сил, действующих на перегородку 9 и плунжер 10, изменение величины зазора между уплотнительным элементом 15 клапана 14 и седлом 8, соответствующее смещению плунжера 10, а также давления и подачи газа потребителю,
При превышении давления в кольцевой полости 13 КР 5 выше заданного газ периодически перетекает в окружающую среду через второй канал 17 и подсоединенный к нему обратный клапан 19.