РЕГУЛЯТОР ПОДАЧИ ВОЗДУХА

Настоящая полезная модель относится к электротехнике, а именно, к системам гидропневмоавтоматики, и может быть использована как звено, преобразующее входной электрический сигнал в давление жидкости или газа на выходе системы, управляющей гидравлическими и пневматическими исполнительными механизмами.
Известна энергетическая система воздушной пусковой установки [см. Приложение к описанию, Системы противоторпедной защиты подводных лодок: учеб. пособие / Е.П. Красильников, П.А. Хорьков. - СПб.: Изд-во СПбГМТУ, 2014. - 107 с, Рис. 3.5. и 3.6.], представляющая собой расширительную машину с энергообеспечением от автономного источника (баллона) воздуха высокого давления (ВВД) и содержащая пусковую трубу, изделие, поршень, расширительную камеру пневмоцилиндра, регулятор ВВД и баллон ВВД. Принцип работы этой системы заключается в том, что ВВД от источника через регулятор поступает в расширительную камеру и создает в ней давление. При движении поршня создается соответствующее давление в пусковой трубе для выпуска из нее изделия. Таким образом, управление расходом воздуха осуществляется посредством управления проходным сечением регулятора ВВД.
При этом регулятор ВВД (рис. 3.6.), применяющийся в этой системе, содержит баллон ВВД, соединенный через управляющий клапан ВВД с гидростатом, пневмоцилиндр, имеющий регулировочную втулку и поршень в расширительной камере, дроссель, соединяющий клапан и гидростат с расширительной камерой пневмоцилиндра. Принцип действия этого регулятора подачи воздуха заключается в следующем. При подаче управляющего сигнала на клапан, воздух от баллона поступает через дроссель, управляемый гидростатом, во внутреннюю полость регулировочной втулки, связанной с поршнем, и далее через перфорацию - в расширительную камеру (рабочую полость) пневмоцилиндра. Таким образом, имеет место быть управление проходным каналом, через который воздух от баллона поступает в расширительную камеру пневмоцилиндра путем формирования проходного сечения дросселя в зависимости от требуемого давления на выходе системы, а также формирования проходного сечения перфорации втулки, связанного с ходом поршня на начальном его движении.
В сущности, этот регулятор содержит корпус, имеющий с одной стороны вход для источника воздуха высокого давления, а с другой - выход в рабочую полость, и последовательно расположенные в нем управляющий клапан, гидростат и затвор.
Этот известный регулятор подачи воздуха выбирается в качестве прототипа, так как он имеет наибольшее число существенных признаков, совпадающих с существенными признаками заявляемой полезной модели.
Однако этот прототип имеет существенный недостаток, а именно: низкая точность сохранения заданных параметров (давления) обусловленная сложностью обеспечения требуемого давления при подаче воздуха в рабочую полость в зависимости от глубины погружения из-за высокой вероятности изменения площади проходного сечения дросселя при воздействии высокого давления (при запуске) на перегруженную площадь проходного сечения дросселя. Одновременно с этим высока вероятность образования в рабочей полости нерасчетного давления из-за возможных протечек через уплотнения или слабой степени их герметичности, что так же не обеспечивает точного поддержания требуемого давления при подаче воздуха в рабочую полость в заданных условиях.
Задачей настоящей полезной модели является создание нового регулятора подачи воздуха с достижением следующего технического результата: повысить точность сохранения заданных параметров для обеспечения требуемого давления в рабочей полости в заданных условиях.
Поставленная задача решена за счет того, что в известном регуляторе подачи воздуха, содержащем корпус, имеющий с одной стороны вход для источника воздуха высокого давления, а с другой - выход в рабочую полость, и последовательно расположенные в нем управляющий клапан, гидростат и затвор, согласно настоящей полезной модели, гидростат образован из трубы, неподвижно закрепленной в корпусе и выполненной с возможностью выхода в рабочую полость, регулирующего элемента, представляющего собой подпружиненный поршень, образованный из втулки, надетой на трубу концентрично ей и с возможностью продольного перемещения по ней, мембраны, расположенной на внешней стороне корпуса и соединенной с упомянутым поршнем каналами, заполненными рабочей жидкостью, при этом в трубе и во втулке регулирующего элемента соответственно друг другу образованы, по меньшей мере, по одному профилированному отверстию, а отверстия, образованные во втулке регулирующего элемента, выполнены с возможностью как полного, так и частичного перекрытия отверстий, образованных в трубе, а затвор представляет собой запорный элемент с поршнем, причем запорный элемент расположен на трубе гидростата с образованием между ней и корпусом проходного сечения и выполнен с возможностью продольного перемещения по этой трубе, а его поршень выполнен с возможностью продольного перемещения по втулке гидростата, в корпусе дополнительно размещены предохранительный клапан и два отсечных клапана, причем предохранительный клапан имеет каналы, один из которых выполнен с возможностью выхода на наружную поверхность корпуса, а другой - в рабочую полость, один отсечной клапан имеет три канала, первый из которых соединен с управляющим клапаном, второй - с предохранительным клапаном, а третий выполнен с возможностью выхода в рабочую полость, другой отсечной клапан также имеет три канала, первый из которых соединен с упомянутой мембраной, второй - с управляющим клапаном, а третий - с полостью гидростата, причем этот отсечной клапан выполнен с возможностью обеспечения функции гидрозамка при открытии управляющего клапана.
Таким образом, это заявляемое техническое решение всей своей совокупностью существенных признаков позволяет повысить точность сохранения заданных параметров (давления) благодаря обеспечению требуемого давления при подаче воздуха в рабочую полость в зависимости от глубины погружения за счет возможности сохранения площадей профилированных отверстий в гидростате, обеспечивая тем самым сохранение расчетного проходного сечения в независимости от изменения давления подачи воздуха. При этом регулирующий элемент позволяет менять площадь профилированных отверстий во втулке в зависимости от глубины погружения, что приводит к обеспечению необходимой скорости подачи воздуха в рабочую полость в зависимости от глубины погружения. Одновременно с этим предохранительный клапан позволяет обеспечить сброс давления из рабочей полости в случае превышения давления в ней свыше заданной величины до срабатывания регулятора. Отсечной клапан, соединенный с предохранительным клапаном, отключает предохранительный клапан в момент запуска регулятора (открытии управляющего клапана), исключая возможность непроизвольного понижения давления. Другой отсечной клапан выполняет функцию гидрозамка при открытии управляющего клапана. В итоге, вся представленная совокупность существенных признаков заявляемой полезной модели необходима и достаточна для достижения заявляемого технического результата, поскольку исключение любого из них не обеспечивает заявляемому регулятору подачи воздуха надежного функционирования в заданных требуемых условиях эксплуатации.
Сущность заявляемой полезной модели и возможность ее практической реализации поясняется приведенным ниже описанием одного из возможных вариантов ее осуществления и чертежами.
Фиг. 1 - Регулятор подачи воздуха.
Фиг. 2 - Вид А-А.
Фиг. 3 - Вид Б-Б.
Фиг. 4 - Вид В-В.
Фиг. 5 - Вид Г-Г.
Регулятор подачи воздуха (Фиг. 1-5) содержит корпус 1, имеющий с одной стороны вход для источника (на чертеже не показано) воздуха высокого давления, а с другой - выход в рабочую полость 2, и последовательно расположенные в нем управляющий клапан 3, гидростат и затвор 4.
В качестве управляющего клапана 3 может быть применен, например, электромагнитный клапан, включающий электромагнит 5 в виде катушки, связанный с ним якорь 6 и кинематически соединенный с якорем 6 золотник 7. Якорь 6 взаимодействует с пружиной 8. Электромагнитный клапан 4 предназначен для перекрытия подачи давления воздуха от источника (на чертеже не показано) давления во внутренние каналы корпуса 1 регулятора при отсутствии напряжения на обмотке катушки электромагнита 5 и для перемещения якоря 6 с золотником 7 за счет действия магнитных сил при подаче напряжения на электромагнит 5.
Гидростат образован из трубы 9, регулирующего элемента и мембраны 10.
Труба 9 неподвижно закреплена в корпусе 1 и выполнена с возможностью выхода в рабочую полость 2 при подключении к ней регулятора.
Регулирующий элемент представляющего собой подпружиненный поршень, образованный из втулки 11, со стороны рабочей полости 2 надетой на трубу 9 концентрично ей и с возможностью продольного перемещения по ней с помощью пружины 12. Мембрана 10 (Фиг. 3) расположена на внешней стороне корпуса 1. Она соединена с упомянутым поршнем регулирующего элемента каналами (на чертеже не показано), заполненными рабочей жидкостью.
В трубе 9 образовано, по меньшей мере, одно профилированное отверстие 13. Форма профилей зависит от расчета требуемого давления воздуха, подаваемого в рабочую полость 2. Число этих отверстий 13 так же определяется расчетно, и они могут быть расположены радиально.
Во втулке 11 регулирующего элемента соответственно отверстию 13 образовано, по меньшей мере, одно профилированное отверстие 14, число и форма которых так же вычисляются под требуемое давление воздуха, как и отверстия 13.
При этом отверстия 14 выполнены с возможностью как полного, так и частичного перекрытия отверстий 13 при перемещении регулирующего элемента относительно трубы 9.
Затвор 4 предназначен для подачи воздуха от источника (на чертеже не показано) давления в рабочую полость 2 через гидростат и представляет собой запорный элемент с поршнем, причем запорный элемент расположен на трубе 9 гидростата с образованием между ней и корпусом 1 проходного сечения и выполнен с возможностью продольного перемещения по этой трубе 9, а его поршень выполнен с возможностью продольного перемещения по втулке 11 гидростата.
В корпусе 1 дополнительно размещены предохранительный клапан 15, отсечной клапан 16 и отсечной клапан 17.
Предохранительный клапан 15 (Фиг. 4) имеет канал 18, выполненный с возможностью выхода на наружную поверхность корпуса 1, и канал (на чертеже не показан), выполненный с возможностью выхода в рабочую полость 2 при подключении к ней регулятора.
Отсечной клапан 16 (Фиг. 4, 5) имеет три канала. Первый из каналов (на чертеже не показано) соединен с управляющим клапаном 3. Второй канал 19 соединен с предохранительным клапаном 15. Третий канал 20 выполнен с возможностью выхода в рабочую полость 2 при подключении к ней регулятора.
Отсечной клапан 17 (Фиг. 1-3) также имеет три канала 21, 22 и 23. Канал 21 соединен с мембраной 10. Канал 22 соединен с управляющим клапаном 3. Канал 23 соединен с полостью гидростата. Отсечной клапан 17 обеспечивает функцию гидрозамка при открытии управляющего клапана 3.
В качестве источника (на чертеже не показано) давления может быть применен баллон воздуха высокого давления (ВВД).
Заявляемый регулятор работает следующим образом.
Регулятор устанавливается между источником (на чертеже не показано) давления и рабочей полостью 2, в которую необходимо обеспечить подачу под требуемым давлением воздуха от источника.
Срабатывание регулятора происходит по внешнему электрическому сигналу. Расход воздуха, обеспечиваемый регулятором, пропорционален внешнему управляющему гидравлическому давлению.
Изменяющееся в процессе эксплуатации давление внешней управляющей среды воздействует на эффективную площадь поршня (втулка 11) гидростата, сжимая/разжимая при этом пружину 12 и увеличивая/уменьшая минимальное проходное сечение (площадь отверстий 13 и 14), определяющее расход воздуха, поступающего в рабочую полость 2.
В момент подачи напряжения на катушку электромагнита 5 (внешнего электрического сигнала) золотник 7 под действием магнитных сил втягивается, сжимая пружину 8 и открывая проходное сечение для поступления давления воздуха во внутренние полости регулятора. Давление воздуха воздействует на поршень отсечного клапана 17, закрывая его и отсекая гидростат от воздействия внешнего управляющего давления, фиксируя поршень (втулка 11) гидростата в заданном положении. Давление воздуха при открытии управляющего клапана 3 воздействует на затвор 4, перемещая его вдоль трубы 9 и открывая проходное сечение затвора 4. Через проходное сечение затвора 4 и отверстия 13 в трубе 9, воздух от источника (на чертеже не показано) давления поступает в рабочую полость 2. Предохранительный клапан 15 связан с рабочей полостью 2 и срабатывает в случае превышения давления в ней свыше заданной величины. После сброса давления предохранительный клапан 15 закрывается. В момент срабатывания управляющего клапана 3 давление воздуха воздействует на поршень отсечного клапана 16, закрывая его и отсекая предохранительный клапан 15 от рабочей полости 2.
Таким образом, достигается технический результат заявляемой полезной модели, а именно, повышение точности сохранения заданных параметров для обеспечения требуемого давления в рабочей полости в заданных условиях.