Регулятор давления мембранный
MEMBRANE PRESSURE REGULATOR

Изобретение относится к устройствам пневмоавтоматики для космической техники и может быть использовано также в различных областях промышленности для работы со сжатыми газами при необходимости понижения давления газа до заданной величины и автоматического поддержания этого давления в заданных пределах.
Известен регулятор давления газа (патент РФ №2498247 - аналог), содержащий корпус с входным и выходным каналами, стакан, регулировочный винт, подпружиненный чувствительный элемент в виде многослойной стальной мембраны и дросселирующий клапан с седлом.
Недостатками известного регулятора давления газа являются невысокая точность настройки из-за высокой жесткости стальной многослойной мембраны, а также низкая надежность ввиду возможности разрушения мембраны из-за частых перегибов при возникновении автоколебательных режимов работы при отсутствии в конструкции демпфирующих устройств.
Известен газовый редуктор (патент на полезную модель РФ №72936 - аналог), состоящий из корпуса, входного и выходного каналов, чувствительного элемента, выполненного в виде мембраны, управляющей полости, содержащей регулировочную пружину, исполнительного механизма, содержащего клапан, поджатый вспомогательной пружиной к седлу.
Недостатками известного редуктора является низкая надежность из-за возможности разрушения мембраны при возникновении колебаний, а также низкой герметичности по мембране и возможности ее расслоения из-за одностороннего закрепления края мембраны между корпусом и стаканом.
Известен регулятор давления газа (патент РФ №2242786 - прототип), содержащий корпус с входным и выходным каналами, стакан, регулировочный винт, нагрузочную пружину, чувствительный элемент в виде мембраны, расположенной между корпусом и стаканом, седло, перекрываемое подпружиненным клапаном, толкатель, контактно соединенный с мембраной и клапаном.
Недостатками известного регулятора являются:
- низкая надежность из-за недостаточной прочности заделки мембраны по наружному диаметру, допускающей вырывание мембраны при больших ходах, что приводит к потере герметичности и последующему отказу; а также из-за возможности возникновения колебаний мембраны в процессе работы, ударов ее о нажимную и опорную шайбы, что приводит к нарушению целостности;
- низкая точность настройки из-за большой жесткости мембраны, так как в аналоге применена металлическая мембрана, уплотняемая по наружному периметру резиновыми кольцами.
Задачей технического решения является устранение указанных недостатков, а именно: повышение точности настройки и надежности работы регулятора давления мембранного (РД).
Поставленная задача решается тем, что в регуляторе давления мембранном, содержащий корпус с входным и выходным штуцерами, седло, перекрываемое клапаном, поджатым пружиной, чувствительный элемент в виде мембраны, нагрузочную пружину, опирающуюся на тарель и размещенную в стакане, регулировочный винт, согласно изобретению мембрана состоит из трех слоев, причем наружные слои выполнены из резины, а внутренний слой из ткани, при этом она установлена с предварительным прогибом в сторону регулируемого давления, а наружные края мембраны за счет деформации каждого резинового слоя зафиксированы в кольцевых проточках на корпусе и на торцевой поверхности кольца, неподвижно зажатого между корпусом и закрепленным на нем стаканом, и являющегося ограничителем прогиба мембраны, взаимодействующим с нажимной шайбой, неподвижно установленной в тарели, на боковой поверхности которой выполнена кольцевая канавка, с установленным в них разрезным кольцом, взаимодействующим с внутренней стенкой стакана.
Заявленное устройство представлено на чертежах.
На фиг. 1 изображен общий вид РД в разрезе.
На фиг. 2 - вид А с фиг. 1.
Регулятор давления (фиг. 1) состоит из корпуса 1 с вкрученными в него входным 2 и выходным 3 штуцерами и седлом 4, перекрываемым клапаном 5, поджатым пружиной 6, чувствительного элемента в виде мембраны 7, толкателей 8, контактирующих с клапаном 5 и мембраной 7 посредством опорной шайбы 9. Мембрана 7 состоит из трех слоев (например, склеенных): наружные слои 10 и 11 (фиг. 2) выполнены из резины, а внутренний слой 12 - из ткани, при этом мембрана 7 установлена с предварительным прогибом в сторону регулируемого давления. Наружные края мембраны 7 за счет деформации обоих слоев 10 и 11 из резины зафиксированы в кольцевых проточках 13 и 14, выполненных на корпусе 1 и на торцевой поверхности кольца 15, при этом кольцо 15, неподвижно зажатое между корпусом 1 и стаканом 16, закрепленным на корпусе 1, является ограничителем прогиба мембраны 7 и взаимодействует с нажимной шайбой 17, установленной в тарели 18. На боковой поверхности тарели 18 выполнена кольцевая канавка 19 с установленным в нее разрезным кольцом 20, взаимодействующим с внутренней стенкой стакана 16. Нагрузочная пружина 21, опирающаяся на тарель 18, поджимается регулировочным винтом 22, вкрученным в стакан 16.
Описание работы.
РД нормально открыт.
Понижение входного давления осуществляется путем дросселирования рабочего среды (PC) в кольцевой щели Б, образующейся между клапаном 5 и седлом 4.
Поддержание установленного рабочего давления постоянным достигается непрерывным автоматическим регулированием кольцевой щели Б за счет уравновешивания сил, действующих на клапан 5.
В исходном положении регулировочный винт 22 разгружен, клапан 5 посредством пружины 6 прижат к седлу 4.
Настройку РД на заданное давление на выходе производят вращением регулировочного винта 22 при подведенном на вход давлении PC.
Автоматическое регулирование выходного давления происходит следующим образом.
При повышении давления на входе и в полости В высокого давления, PC из полости В высокого давления дросселируется во внутреннюю полость Г рабочего давления и поступает как в подмембранную полость Д, так и на выход. Под действием PC мембрана 7 начинает прогибаться, преодолевая усилие нагрузочной пружины 21, а клапан 5 пружиной 6 поджимается к седлу 4, кольцевая щель Б между клапаном 5 и седлом 4 уменьшается, что приводит к уменьшению притока PC в полость Г рабочего давления, а следовательно к понижению давления в этой полости. Уменьшение кольцевой щели Б будет происходить до тех пор, пока сила сжатия настроечной пружины 21 и пружины 6, а также силы от давления PC на мембрану 7 и на неразгруженную площадь седла 4, не придут к равновесию.
При падении давления на входе и в полости В высокого давления, приток PC через кольцевую щель Б уменьшается, при этом уменьшается давление в полости Г рабочего давления и сила от давления PC на мембрану 7, которая под действием настроечной пружины 21 прогибается и посредством толкателя 8 отжимает клапан 5 от седла 4, сжимая пружину 6, и увеличивает кольцевую щель Б до тех пор, пока давление в полости Г рабочего давления не будет равно давлению настройки.
Выполнение мембраны 7 трехслойной: размещение слоя 12 из ткани между двумя слоями 10 и 11 из резины ведет к повышению прочности мембраны 7, а, следовательно, надежности РД в сочетании с высокой точностью настройки, возможной в результате высокой пластичности (малой жесткости) резиновых слоев 10 и 11 и предварительного прогиба мембраны 7 в сторону регулируемого давления.
Высокая надежность РД обеспечивается также фиксацией наружных краев мембраны 7 за счет деформации каждого резинового слоя 10 и 11 в кольцевых проточках 13 и 14 на корпусе 1 и на торцевой поверхности кольца 15 при вкручивании стакана 16 в корпус 1 с большим моментом затяжки, что также ведет к повышению герметичности и увеличению прочности заделки.
Кольцо 15, являясь ограничителем прогиба мембраны 7, препятствует поднятию нажимной шайбы 17 выше допустимого, подобное (автономное) исполнение кольца 15 обусловлено повышением точности изготовления, уменьшением количества размеров в размерной цепи, что, в свою очередь, ведет к повышению надежности путем уменьшения разброса прогибов мембраны 7, уменьшения ее износа и сохранения целостности.
Разрезное кольцо 20, установленное в кольцевой канавке 19, выполненной на боковой поверхности тарели 18, создавая силу трения о стакан 16 при возвратно-поступательных движениях мембраны 7, гасит возникающие колебания мембраны 7 и удары нажимной шайбы 17 о кольцо 15, что ведет к снижению циклических и ударных нагружений мембраны, предотвращает ее разрушение и ведет к повышению надежности работы регулятора.
Заявленное техническое решение позволит повысить точность настройки и надежность работы регулятора давления мембранного.