РЕДУКТОР ГАЗОВЫЙ (ВАРИАНТЫ)

Заявляемое решение относится к пневмосистемам и, в частности, к устройствам автоматического регулирования давления.
Устройства регулирования давления газа, направляемого потребителю известны из уровня техники.
В книге для обучения аквалангистов /Орлов Д.В. Сафонов M.В. «Осторожно с аквалангом». Группа компаний «Подводный мир». Подводный клуб МГУ, 2004. Издание четвертое, дополненное и переработанное. 528 стр./ описано устройство классической конструкции поршневого газового редуктора.
Недостатком конструкции можно считать сложность и громоздкость, вследствие того, что каждая функция в устройстве обеспечивается отдельным устройством. Большим количеством деталей вызвана также недостаточная надежность известной конструкции.
Указанное устройство выбрано в качестве прототипа для всех заявленных вариантов полезной модели.
Техническим результатом заявляемой конструкции является уменьшение массо-габаритных характеристик редуктора, повышение надежности за счет снижения числа деталей, а также за счет изменения конструкции клапана.
Известные устройства не позволяют достичь заявленного технического результата.
Задачей, на решение которой направлена заявляемая конструкция является также повышение эксплуатационного удобства редуктора, надежности, расширение универсальности.
КРАТКОЕ ОПИСАНИЕ
Заявлено устройство поршневого газового редуктора, включающего корпус с цилиндрической полостью и каналами для подачи газа (воздух, кислород, азот, закись азота и т.п.) и передачи управляющего давления, задающее устройство в виде пружины, клапан подачи газа в виде подушки и седла клапана, сервопривод, в виде поршня, установленного в цилиндрической полости и жестко связанного с управляющим клапаном для подачи газа. Отличительной особенностью заявляемой конструкции является наличие дополнительной втулки-поршня, на которую опирается задающее устройство (пружина). Причем указанная втулка-поршень выполняет функцию предохранительного клапана.
Уменьшение массо-габаритных характеристик редуктора достигнуто за счет применения втулки-поршня в качестве предохранительного клапана, что избавляет от необходимости присоединения отдельного дополнительного устройства - предохранительного клапана, который существенно увеличивает габариты и вес устройства.
Замена устройства - предохранительного клапана - одним элементом - втулкой-поршнем - уменьшает количество движущихся деталей, тем самым повышая надежность устройства.
Конструкция газового редуктора представлена на фигуре.
На фиг. 1 показан чертеж предлагаемого газового редуктора в разрезе.
ПОДРОБНОЕ ОПИСАНИЕ
Принятые обозначения.
1 - подушка клапана,
2 - корпус редуктора,
3 - крышка,
4 - втулка-поршень,
5 - поршень,
6 - пружина,
7 - входной штуцер,
8 - регулировочная шайба,
9 - ниппель (штуцер выходной),
10 - 10, 11, 12, 13 - уплотнительные кольца,
21, 22, 23, 24, 25, 26, 27, 28 - полости редуктора.
Заявлено устройство поршневого газового редуктора, включающего корпус с цилиндрической полостью и каналами для подачи газа и передачи управляющего давления, задающее устройство в виде пружины, клапан подачи газа в виде подушки и седла клапана, сервопривод, в виде поршня, установленного в цилиндрической полости и жестко связанного с управляющим клапаном для газа. Отличительной особенностью заявляемой конструкции является наличие дополнительной втулки-поршня, помещенной в цилиндрическую полость корпуса, на которую опирается задающее устройство (пружина). Причем указанная втулка-поршень выполняет функцию предохранительного клапана.
Уменьшение массо-габаритных характеристик редуктора достигнуто за счет применения втулки-поршня в качестве предохранительного клапана, что избавляет от необходимости присоединения отдельного дополнительного устройства - предохранительного клапана, который существенно увеличивает габариты и вес устройства.
Замена устройства - предохранительного клапана - одним элементом - втулкой-поршнем - уменьшает количество движущихся деталей, тем самым повышая надежность устройства.
Заявленное устройство поршневого газового редуктора предназначено для понижения давления газа из баллонов, до выходного давления, превышающего давление окружающей среды на некоторую величину, в пределах 3-6 атм для медицинских редукторов или 8-10 атм для аквалангов и дыхательных аппаратов.
Редуктор содержит три камеры 23, 24, 28, подвижный поршень 5 и пружину 6. Форма подвижного поршня такова, что его торцевые поверхности имеют различную площадь. Поверхность меньшей площади - подушка 1 клапана - снабжена прокладкой из полимерного материала и при опускании поршня вниз закрывает собой подающее отверстие, через которое поступает воздух из баллона. Подушка 1 клапана закрывает отверстие, называемое седлом клапана. Вместе они образуют клапан редуктора. Поверхность большей площади обращена в верхнюю камеру 23 редуктора. Внутри поршня проходит канал 26, сообщающий нижнюю 24 и верхнюю 23 камеры редуктора. Средняя камера 28 сообщается отверстием 2 5 с окружающей средой. Пока баллонный вентиль закрыт, пружина 6 удерживает поршень 5 в верхнем положении, при котором клапан редуктора открыт. При открывании вентиля газ под высоким давлением через канал 21 проходит через открытый клапан в нижнюю камеру редуктора 24, из которой по каналу 26 в поршне проходит в верхнюю камеру 23. Давление в обеих камерах нарастает практически одновременно. Давление в верхней камере начинает действовать на поршень с возрастающей силой.
Сила давления газа на верхнюю поверхность поршня во столько же раз превышает силу, оказываемую таким же давлением на нижнюю его поверхность поршня, во сколько площадь верхней поверхности превышает площадь нижней. Поэтому давление срабатывания предохранительного клапана может быть задано отношением размеров поршня и втулки-поршня. Таким образом, указанные силы, действующие на поршень с двух сторон, уравниваются, когда давление в верхней камере 23 значительно уступает давлению на подушку клапана 1. Снизу на поршень 5 действуют еще две силы: упругости пружины 6 и давления окружающего среды через канал 25. Давление газа в нижней камере 24 и верхней камере 23 редуктора продолжает расти до тех пор, пока увеличивающаяся сила давления газа на поршень 5 в верхней камере (сверху вниз) не превысит сумму трех сил, действующих в обратном направлении: давления газа на подушку клапана, давления окружающей среды и упругости пружины 6. В результате клапан редуктора закрывается. В большинстве систем площади поверхностей поршня и упругость пружины подобраны таким образом, что при рабочем давлении в баллонах полное закрывание клапана редуктора происходит при давлении в верхней камере, на 3-6 атм для медицинских редукторов или 8-10 атм для аквалангов и дыхательных аппаратов превышающем давление окружающей среды. Это давление называют промежуточным. Значение промежуточного давления на поверхности называется установочным давлением редуктора. На глубине 10 м давление в средней камере 28 редуктора увеличится на 1 атм, и соответственно на столько же увеличится давление в верхней камере 23 редуктора, необходимое для закрытия клапана, т.е. промежуточное. Из нижней камеры редуктора имеется выход 22 для подачи газа на дыхание. При вдохе давление газа в нижней 24 и верхней 23 камерах редуктора падает и клапан открывается, перепуская очередную порцию газа в редуктор. Таким образом, последний обеспечивает подачу газа под давлением, превышающим давление окружающей среды на величину промежуточного (установочного) давления. Герметизация камер в описанном редукторе достигается кольцевыми резиновыми прокладками на поршне и в местах подсоединения высокого и среднего давления.
Настройку степени редуцирования давления обеспечивают дополнительными шайбами, установленными между задающим устройством и втулкой-поршнем.
В заявленной конструкции редуктора рабочая поверхность подушки клапана имеет форму полусферы, а седло клапана - цилиндрическое отверстие с прямым углом на его кромке. При закрытии клапана подушка своей сферической поверхностью садится на кромку седла, на ней формируется кольцевой отпечаток. Подушка и седло соприкасаются по кольцевой герметизирующей поверхности. Такая конструкция клапана обладает большей надежностью по сравнению с традиционно используемой.
В традиционных редукторах подушка имеет плоскую форму, ее неразъемно фиксируют в ножке поршня, обычно путем завальцовки или обжимки, а седло клапана выполняют в виде конуса с центральным отверстием и острой кромкой, соприкасающейся с подушкой. Такая конструкция седла более уязвима засорению и износу. В такой конструкции в случае повреждения или разрушения подушки клапана приходится заменять весь поршень с подушкой. В предлагаемой конструкции редуктора достаточно поменять только подушку.
В традиционных редукторах предохранительный клапан выполняется как отдельная сборочная единица, присоединяемая, например, к боковому отверстию корпуса редуктора.
В заявленной конструкции редуктора предохранительный клапан является частью конструкции редуктора.
Работает он следующим образом. При повреждении, разрушении или попадании частиц грязи на поверхность подушки 1 клапана отверстие седла не закрывается до конца. При этом в нижней камере 24 и верхней камере 23 происходит повышение давления газа свыше назначенного. При определенной его величине (как правило, в 1,5 раза выше нормы) начинает срабатывать предохранительный клапан. Повышенное давление, воздействуя на нижнюю поверхность втулки-поршня 4, ограниченную уплотняющим кольцом 11, создает усилие, которое преодолевает силу пружины 6 и силу от давления окружающей среды в камере 28. Это усилие поднимает втулку-поршень 4 с кольцом 11 вверх, между нижней поверхностью корпуса редуктора 2 и кольцом 11 образуется зазор, через который избыточное давление газа через отверстия 27 сбрасывается из редуктора.