РЕДУКТОР
REDUCER

Изобретение относится к устройствам пневмоавтоматики и может быть использовано в различных областях промышленности для понижения давления газа до заданной величины и автоматического поддержания заданного давления при криогенных температурах рабочей среды, в частности при испытаниях различных агрегатов "холодным" гелием.
Известно устройство рычажного регулятора с неуравновешенным клапаном прямого хода (М.Д. Голубев "Газовые регуляторы давления", изд. "Машиностроение", М., 1964, стр.32), состоящего из седла, дросселирующего отверстия, клапана, рычага с осью, мембраны, пружины и регулировочного винта.
Известен пневмоклапан редукционный (Патент РФ №2251138, МПК G05D 16/06) - прототип, состоящий из корпуса с входным и выходным каналами, калиброванного отверстия и фильтра на входе, подпружиненного дроссельного ступенчатого клапана, эластичного уплотнительного элемента с седлом, мембранного управляющего узла, клапана сброса и нагрузочной пружины, предназначенный для понижения и поддержания на заданном уровне давления сжатого воздуха, рычага на оси, закрепленной в корпусе, взаимодействующего с иглой для изменения проходного сечения седла.
Недостатками известного пневмоклапана редукционного, а также вышеописанного устройства являются ограниченные возможности, а именно - невозможность работы при криогенных температурах и обеспечения необходимой герметичности при использовании в качестве рабочего тела "холодного" гелия высокого давления, неустойчивость работы, большие усилия при вращении регулировочного винта.
Задачей технического решения является расширение возможностей редуктора.
Поставленная задача решается тем, что в редукторе, содержащем корпус, входной и выходной штуцеры, фильтр на входе, мембранный узел с нагрузочной пружиной, упирающейся в тарель, поджатую регулировочным винтом, установленным в стакане, седло, рычаг на оси, закрепленной в корпусе, взаимодействующий с иглой для изменения проходного сечения седла, согласно изобретению мембрана мембранного узла по наружному диаметру имеет отбортовку, под которую в стакане выполнена кольцевая канавка, при этом на отбортовке мембраны с обеих сторон посредством сварки закреплены кольца, причем внутреннее кольцо взаимодействует со стаканом, а наружное кольцо через коническую уплотнительную прокладку - с корпусом редуктора, в котором выполнены полукольцевые упоры, ограничивающие прогиб мембраны под действием нагрузочной пружины, и установлен демпфирующий узел, шток которого, расположенный на одной оси с мембранным узлом, с одной стороны взаимодействует с подпружиненной разрезной втулкой, с другой - через шарнир связан с рычагом и мембранным узлом, причем между коническими поверхностями регулировочного винта и тарели установлен шарик, а на выходе редуктора установлен фильтр.
Кроме того, рычаг имеет паз, посредством которого он взаимодействует с полусферическим выступом, выполненным на конце иглы.
На фиг.1 изображен общий вид редуктора в разрезе, на фиг.2 - вид А - отбортовка мембраны с приваренными кольцами, на фиг.3 - вид Б - зацепление рычага и иглы, на фиг.4 - вид В - демпферный узел.
Редуктор состоит из корпуса 1, входного 2 и выходного 3 штуцеров, приваренных к корпусу 1, фильтра 4 на входе, мембранного узла 5 с нагрузочной пружиной 6, упирающейся в тарель 7, поджатую регулировочным винтом 8, установленным в стакане 9 седла 10 рычага 11 на оси 12, закрепленной в корпусе 1, взаимодействующего с иглой 13, при этом мембрана 14 мембранного узла 5 по наружному диаметру имеет отбортовку 15, под которую в стакане 9 выполнена кольцевая канавка 16, при этом на отбортовке мембраны 14 с обеих сторон посредством сварки закреплены кольца 17 и 18, причем внутреннее кольцо 17 взаимодействует со стаканом 9, а наружное кольцо 18 через коническую уплотнительную прокладку 19 посредством шпилек 20 - с корпусом 1 редуктора, в котором выполнены полукольцевые упоры 21, ограничивающие прогиб мембраны 14 под действием нагрузочной пружины 6, в корпусе 1 установлен демпферный узел 22, шток 23 которого, расположенный на одной оси с мембранным узлом 5, с одной стороны взаимодействует с подпружиненной разрезной втулкой 24, с другой - через шарнир 25 связан с рычагом 11 и мембранным узлом 5, причем между коническими поверхностями регулировочного винта 8 и тарели 7 установлен шарик 26, а на выходе редуктора установлен фильтр 27.
Рычаг 11 выполнен с пазом 28, посредством которого он взаимодействует с полусферическим выступом 29, выполненным на конце иглы 13.
Описание работы.
Понижение входного давления осуществляется путем дросселирования рабочего тела в кольцевой щели, образующейся при отжатии иглы 13 от седла 10.
Поддержание установленного рабочего давления постоянным достигается непрерывным автоматическим регулированием кольцевой щели за счет уравновешивания сил, действующих на иглу 13.
Работа редуктора осуществляется следующим образом.
Рабочее тело - гелий - при криогенной температуре давлением до 35 МПа, поступающий через фильтр 4 во входной штуцер 2 и проходное сечение седла 10, дросселируется из полости высокого давления во внутреннюю полость рабочего давления и в надмембранную полость, при увеличении давления в которой мембрана 14 прогибается, преодолевая усилие нагрузочной пружины 6 и силу трения штока 23 демпферного узла 22 о разрезную втулку 24, выполненную из бронзы, за счет чего рычаг 11 поворачивается вокруг оси 12 и толкает иглу 13, которая уменьшает проходное сечение седла 10, при этом давление в надмембранной полости и, соответственно, на выходе уменьшается, пока сила, создаваемая давлением газа, и сила пружины 6 не уравновесятся, при этом давление на выходе будет равно настроечному.
При расходе газа происходит снижение давления в надмембранной полости, мембрана 14 под действием нагрузочной пружины 6 возвращается в исходное положение, ограниченное полукольцевыми упорами 21 корпуса 1, рычаг 11 поворачивается, отодвигая иглу 13 от седла 10, тем самым увеличивая проходное сечение, обеспечивая подачу газа в надмембранную полость и на выход редуктора, таким образом обеспечивая поддержание постоянного давления на выходе.
Настройка редуктора на заданное давление производится вращением регулировочного винта 8.
Динамическая устойчивость редуктора обеспечивается с помощью демпферного узла 22, работающего следующим образом: при частом изменении давления в надмембранной полости мембрана 14 начинает колебаться, увлекая за собой шток 23, возвратно-поступательные движения которого будут тормозиться за счет силы трения о разрезную втулку 24, что, в свою очередь, уменьшит амплитуду колебаний иглы 13, предотвратит возникновение резонанса и удары иглы 13 о кромку седла 10.
Для повышения точности редуктора при уменьшении давления в надмембранной полости, а также устойчивости работы в корпусе 1 выполнены полукольцевые упоры 21, ограничивающие прогиб мембраны 14 под действием нагрузочной пружины 6.
Между коническими поверхностями регулировочного винта 8 и тарели 7 установлен шарик 26, что приводит к снижению силы трения, а, следовательно, к уменьшению усилия при вращении регулировочного винта 8 во время настройки редуктора.
На выходе редуктора установлен фильтр 27, предотвращающий попадание инородных частиц в рабочую полость.
Возможность работы с гелием при криогенных температурах обеспечивается за счет герметичности внутренних полостей редуктора в результате применения приварных монтажных стыков при подсоединении подводящей и отводящей трубы к редуктору, приварки входного 2 и выходного 3 штуцеров к корпусу 1, приварки к отбортовке 15 мембраны 14 наружного кольца 18, которое обжимает стальную коническую уплотнительную прокладку 19 при соединении стакана 9 с корпусом 1 посредством шпилек 20, при этом все детали выполнены из сплавов, работающих при низких температурах.
Для повышения устойчивости работы редуктора, а также уменьшения отклонения выходного давления от давления настройки рычаг 11 выполнен с пазом 28, а игла 13 - с полусферическим выступом 29, при этом при снижении давления в надмембранной полости мембрана 14 под действием нагрузочной пружины 6 прогибается, рычаг 11 поворачивается вокруг оси 12, зацепляя иглу 13 за выступ 29 и оттягивая ее от седла 10, предотвращая тем самым запаздывание иглы 13.
Предложенное техническое решение позволяет использовать редуктор при криогенных температурах с обеспечением устойчивости его работы и герметичности при работе с "холодным" гелием.