РЕГУЛЯТОР ДАВЛЕНИЯ
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.
Известны различные устройства регулирования давления газа, включающие корпус, с входными и выходными патрубками, чувствительный элемент (ЧЭ) в виде сильфона или мембраны, седло перекрываемое клапаном, рычаг, нагрузочную пружину (см. а.с. №444164, патент РФ №2035058, Патент РФ №2468347, Патент РФ 2324098, Свидетельство РФ №24005).
Известен регулятор давления (патент на полезную модель РФ №13333 - прототип), содержащий корпус с входным и выходным патрубками и неподвижно установленным седлом, перекрываемым подпружиненным клапаном, ЧЭ в виде сильфона, нагрузочную пружину, опирающуюся на тарель и поджатую нажимной гайкой, и двуплечий рычаг.
Недостатками известного регулятора, а также вышеописанных устройств являются их ограниченные эксплуатационные возможности из-за наличия в качестве чувствительного элемента тонкостенного сильфона, а также больших усилий, развиваемых нагрузочной пружиной, так как она расположена соосно с ЧЭ и напрямую воспринимает всю силу сжатого газа, действующего на ЧЭ, при этом рычаг, уменьшающий силу, действующую со стороны нагрузочной пружины и увеличивающий силу прижатия клапана к седлу, является равноплечим по отношению к основным действующим силам: силе нагрузочной пружины и силе от давления рабочей среды на ЧЭ, что ведет к увеличению габаритов нагрузочной пружины и конструкции в целом. При этом склонность к автоколебаниям подвижных элементов конструкции регулятора как у любой системы, обладающей упругостью, с отсутствием элементов демпфирования, усугубляемым возможными перекосами подвижных частей, ведет к неустойчивой работе регулятора, что вместе с малым ресурсом из-за износа трущихся поверхностей ведет к снижению эффективности работы.
Задачами технического решения являются устранение указанных недостатков, а именно: расширение эксплуатационных возможностей регулятора давления, уменьшение габаритов и повышение эффективности работы.
Поставленная задача решается тем, что в регуляторе давления, содержащем корпус с входным и выходным штуцерами и неподвижно установленным седлом, перекрываемым подпружиненным клапаном, чувствительный элемент, нагрузочную пружину, опирающуюся на тарель и размещенную в стакане, регулировочный винт, двуплечий рычаг, ось вращения которого закреплена в корпусе, согласно изобретению большое и малое плечи двуплечего рычага расположены по одну сторону от оси вращения, при этом на шарик, размещенный в цилиндрическом углублении на малом плече двуплечего рычага, опирается чувствительный элемент в виде поршня, перемещающегося во втулке из антифрикционного материала, жестко закрепленной в корпусе, а на боковой поверхности чувствительного элемента выполнены канавки с установленными в них эластичными кольцами, охваченные фторопластовыми манжетами, при этом на большом плече двуплечего рычага шарнирно установлен шток, взаимодействующий с тарелью на боковой поверхности которой выполнены проточки с установленными в них фторопластовыми кольцами, контактирующими с кольцевой проставкой из антифрикционного материала, неподвижно закрепленной между корпусом и стаканом.
Заявленное устройство представлено на чертежах:
На фиг. 1 изображен общий вид РД в разрезе;
На фиг. 2 - вид А с фиг. 1;
На фиг. 3 - вид Б с фиг. 1.
Регулятор давления (фиг. 1) состоит из корпуса 1, по технологическим соображениям выполненного разборным, с ввернутыми в него входным 2 и выходным 3 штуцерами, двуплечего рычага 4, большое плечо «а» и малое плечо «б» которого расположены по одну сторону от оси вращения 5, неподвижно закрепленной в корпусе 1. Седло 6, установленное в корпусе 1, перекрывается подпружиненным клапаном 7, в который упирается шток 8 чувствительного элемента, выполненного в виде поршня 9, перемещающегося во втулке 10 из антифрикционного материала, например из бронзы, ввернутой в корпус 1, а боковая поверхность поршня 9 оснащена канавками 11 (фиг. 2) с установленными в них эластичными, например резиновыми, кольцами 12, которые охвачены фторопластовыми манжетами 13 П-образной формы, при этом противоположный штоку конец поршня 9 опирается на шарик 14, размещенный в цилиндрическом углублении 15 на малом плече «б» двуплечего рычага 4, а на большом плече «а» шарнирно закреплен шток 16, своим свободным концом заходящий в цилиндрическое отверстие 17 тарели 18, на боковой поверхности которой выполнены проточки 19 (фиг. 3) с установленными в них фторопластовыми кольцами 20, контактирующими с кольцевой проставкой 21, изготовленной из антифрикционного материала, и неподвижно закрепленной между корпусом 1 и стаканом 22. Нагрузочная пружина 23, опирающаяся на тарели 18 и 24, поджимается регулировочным винтом 25, вкрученным в стакан 22, который в свою очередь вкручен в корпус 1.
Описание работы.
РД нормально открыт.
Понижение входного давления осуществляется путем дросселирования рабочего тела (РТ) в кольцевой щели В, образующейся при отжатии подпружиненного клапана 7 от седла 6.
Поддержание установленного рабочего давления постоянным достигается непрерывным автоматическим регулированием кольцевой щели В за счет уравновешивания сил, действующих на подпружиненный клапан 7.
В исходном положении регулировочный винт 25 разгружен, подпружиненный клапан 7 прижат к седлу 6.
Настройку РД на заданное давление на выходе производят при подведенном на вход давлении РТ. При ввертывании регулировочный винт 25 сжимает нагрузочную пружину 23, усилие от которой через тарель 18, шток 16 и двуплечий рычаг 4 передается на поршень 9, который посредством штока 8 воздействует на подпружиненный клапан 7 и отжимает его от седла 6, образуя кольцевую щель В, через которую РТ из полости высокого давления Г дросселируется во внутреннюю полость рабочего давления Д и поступает на выход. Регулировочный винт 25 ввертывают до тех пор, пока давление на выходе не достигнет заданного уровня.
Автоматическое регулирование выходного давления происходит следующим образом.
При повышении давления на входе в РД и в полости Г, приток РТ через кольцевую щель В увеличивается, при этом увеличивается давление в полости Д и сила от давления РТ на поршень 9, последний начинает двигаться, воздействуя на двуплечий рычаг 4 и преодолевая усилие нагрузочной пружины 23, а подпружиненный клапан 7 поджимается к седлу 6, уменьшая высоту кольцевой щели В до тех пор, пока давление в полости Д не будет равно давлению настройки.
При падении давления на входе в РД и в полости Г, приток РТ через кольцевую щель В между подпружиненным клапаном 7 и седлом 6 уменьшается, при этом уменьшается давление в полости Д и сила от давления РТ на поршень 9, ослабевает сила, действующая на рычаг 4, и под действием нагрузочной пружины 23 поршень 9 перемещается, посредством штока 8 отжимает подпружиненный клапан 7 от седла 6, увеличивая кольцевую щель В до тех пор, пока давление в полости Д не будет равно давлению настройки.
При повышении давления газа в полости Д, сила, действующая на поршень 9, передается на нагрузочную пружину 23 через двуплечий рычаг 4, при этом уменьшаясь пропорционально соотношению плеч «а» и «б», что позволяет при а/б>1 (существенное влияние оказывает соотношение плеч а/б>2) получить требуемое (более высокое) давление на выходе РД и значительно уменьшить габариты нагрузочной пружины 23, регулировочного винта 25 и стакана 22, при этом расположение плеч двуплечего рычага 4 с одной стороны от оси вращения 5 ведет к уменьшению габаритов самого двуплечего рычага 4 и корпуса 1, в котором он расположен, а следовательно, и габаритов всего РД.
Устойчивая работа РД обеспечивается за счет того, что шарнирно закрепленный на большом плече «а» двуплечего рычага 4 шток 16 заходит в цилиндрическое отверстие 17 в тарели 18, боковая поверхность которой оснащена фторопластовыми кольцами 20, которые скользят по внутренней поверхности кольцевой проставки 21, выполненной из антифрикционного материала, тем самым предотвращая перекос, а также продольные и поперечные колебания тарели 18 относительно корпуса 1 под действием нагрузочной пружины 23, тем самым снижая склонность конструкции к автоколебаниям.
В результате возвратно-поступательного движения поршня 9 происходит износ поверхности контакта, поэтому для увеличения ресурса в корпус 1 ввернута втулка 10 из антифрикционного материала, которую при выходе РД из строя легко заменить на новую, при этом на боковой поверхности поршня 9 выполнены канавки 11 с установленными в них эластичными (резиновыми), кольцами 12, которые охвачены фторопластовыми манжетами 13 П-образной формы, к тому же для повышения износостойкости в цилиндрическом углублении 15 на малом плече «б» двуплечего рычага 4 размещен шарик 14, в который упирается поршень 9.
Заявленное техническое решение позволит расширить эксплуатационные возможности регулятора давления, уменьшить его габариты и повысить эффективность работы.