Редуктор

 

Изобретение относится к агрегатостроению и предназначено для использования в газобаллонных системах подачи сжатого газа к потребителю. Цель - обеспечение высокой точности редуцируемого давления в широком диапазоне изменения входного давления, надежность работы, удобство его регулировки и ремонтопригодности. Сущность изобретения: входной патрубок 5 подсоединяют к баллону со сжатым газом, а выходной патрубок 2 - к потребителю. Рабочая среда из баллона поступает в камеру 6, а затем в дроссельные модули A, B, C и т.д. Каждый модуль работает в определенном поддиапазоне из диапазона изменения входного давления. Газ воздействует на дифференциальный поршень 12. Поршень отжимает тарель 16 от седла 15 и воздействует на дроссельный элемент 17. В модуле происходит четырехэтапное дросселирование газа: на игольчатом дросселе 24, по клапанно-седельной паре 15, 16 и 16, 19 и на дроссельном элементе 17. При превышении входного давления из заданного поддиапазона изменения выходного давления среды тарель садится на торец-седло 19. Дроссельный модуль перекрывается. В работу вступает следующий дроссельный модуль, настроенный на более высокий поддиапазон изменения входного давления. Резьбовой упор 20 предназначен для настройки хода H клапанно-седельной пары 16, 19. Резьбовой упор 21 предназначен для регулировки силы упругости дроссельного элемента 17. 1 ил.

Изобретение относится к агрегатостроению и предназначено для использования в газобаллонных системах подачи сжатого газа к потребителю, в которых требуется обеспечить надежную работу редуктора и высокую точность редуцируемого давления в широком диапазоне изменения входного давления газа. В частности, к таким системам можно отнести газобаллонную систему подачи сжатого метана в двигатель автомобиля, систему подачи сжиженного метана к газовой плите индивидуального потребителя.

Известен редуктор постоянного давления, содержащий корпус с входной и выходной полостями, между которыми размещены перфорированные диски, и связанный с регулируемым упором эластичный регулирующий орган в виде цилиндра из пористой металлорезины, расположенного в полом ступенчатом цилиндре, сцентрированном в корпусе, причем ступень большего диаметра поршня расположена со стороны входной полости и снабжена упором соответствующего перфорированного диска, а регулируемый упор связан с другим перфорированным диском [1].

Недостаток редуктора - невысокий диапазон изменения давления среды на входе, в котором поддерживается заданная величина редуцируемого давления. Это обусловлено тем, что изменение пропускной способности дросселирующего органа капиллярной структуры в виде пористой металлорезины возможно только при его осевом сжатии под действием входного давления в зоне упругих деформаций. При сжатии такого органа сверх упругого деформирования он теряет свои упругие свойства, происходит его пластическая деформация и он превращается в дроссель постоянного сечения, т.е. редуктор выходит из строя. Очевидно, что ограничение на величину возможностей деформации дросселирующего органа приводит к ограничению изменения диапазона давления среды на входе.

Известно устройство для стабилизации давления среды за насосом, взятое за прототип, содержащее корпус с входным и выходным патрубками, в котором размещен подпружиненный дроссельный орган в виде пакета последовательно размещенных по оси корпуса дроссельных элементов из материала разной капиллярной структуры, и чувствительный орган, соединенный трубопроводом с входным патрубком и выполненный в виде полого уплотненного дифференциального поршня, причем дроссельный орган соединен штоком с механизмом его перемещения, выполненным в виде поршня, подпоршневая полость которого соединена с входным патрубком и который снабжен фиксаторами положения, установленными с шагом, равным шагу установки дроссельных элементов [2]. Данное устройство позволяет расширить диапазон изменения входного давления среды, в котором поддерживается заданная величина редуцируемого давления.

Недостатки устройства. Конструктивная сложность принципиальной схемы редуктора обуславливает неудовлетворительную ремонтопригодность и трудоемкость сборки-разборки редуктора и его регулировку. Так, замена (или перестановка) одного или ряда дроссельных элементов из пакета, например, при нарушении их работоспособности или при переналадке редуктора для эксплуатации в системах с другими требованиями к степени редуцирования сопряжена с полной разборкой редуктора. В конструкции также не предусмотрена возможность безразборной подрегулировки упругих свойств каждого из дроссельных элементов пакета при доводке на стендах после сборки, а также в эксплуатации по мере выработки редуктором назначенного ресурса, сопровождающегося естественным износом деталей и изменением характеристик редуктора. Резкое снижение надежности работы редуктора и точности редуцируемого давления в моменты смены режимов работы редуктора (изменение величины входного давления) и наличие значительного перепада (колебаний) величины входного давления на рабочих режимах обусловлены следующим. Использование в редукторе механизма переключения дроссельных элементов в виде подпружиненного поршня имеет свои отрицательные стороны (значительная инерционность и склонность к автоколебаниям упруго подвешенной массы, что затрудняет синхронность перемещения штока с дроссельными элементами в момент воздействия дифференциального поршня на требуемый дроссельный элемент). На указанную синхронность неблагоприятно воздействует разнопрофильность магистралей, подающих среду к штоку и дифференциальному поршню. В конструкции сложно обеспечить высокие требования к величине выдаваемого расхода по двум причинам. Отсутствует корректирующий механизм, например, клапанного типа, автоматически регулирующий изменение расхода среды, подаваемой к дроссельному элементу в момент изменения его пропускной способности при упругом деформировании дифференциальным поршнем, что способно привести к возникновению местных забросов давления (гидроударам) при определенных условиях нагружения дроссельного элемента. В конструкции не исключена возможность трудно прогнозируемых перетечек среды по боковым поверхностям сопряженных дроссельных элементов, последовательно расположенных по оси штока, что искажает дросселирующую характеристику элементов пакета и ухудшает эксплуатационные характеристики редуктора. В силу этого требуется принятие мер по герметизации указанных поверхностей, приводящих к дальнейшему усложнению конструкции, а, следовательно, к снижению ее надежности.

В основу изобретения положена задача разработки редуктора, обеспечивающего высокую точность редуцируемого давления в широком диапазоне изменения входного давления, надежность работы, удобство его регулировки и ремонтопригодности.

Задача решается тем, что в предлагаемом редукторе, содержащем корпус с входным и выходным патрубками, между которыми размещены дроссельный орган с дроссельными элементами из упругого материала разной капиллярной структуры и сообщенный с входным патрубком чувствительный элемент в виде полого уплотненного дифференциального поршня, новым является то, что дроссельный орган выполнен в виде съемных дроссельных модулей, каждый из которых содержит дроссельный элемент и чувствительный элемент, поджатую к седлу П-образную тарель, установленную на торце дроссельного элемента со стороны чувствительного элемента и перекрывающую вход в герметичную камеру, образованную дроссельным элементом, кожухом модуля и торцом резьбового упора, в полости которого размещены дроссельный элемент и второй резьбовой упор, и резьбовой игольчатый дроссель во внутренней полости поршня, а корпус выполнен в виде двух разъемно соединенных оснований, каждое из которых имеет внутреннюю герметичную камеру и гнезда для одноименных концов съемных модулей, причем внутренняя герметичная камера одного из оснований соединена с входным патрубком, а внутренняя герметичная камера другого основания - с выходным патрубком.

На чертеже представлен редуктор, продольный разрез.

Редуктор содержит составной корпус в виде нижнего основания 1, герметично по резьбе состыкованного с выходным патрубком 2, внутри которого образована герметичная камера 3, и верхнего основания 4, герметично по резьбе состыкованного с входным патрубком 5, внутри которого образована герметичная камера 6. Стыковка верхнего и нижнего оснований корпуса между собой производится при помощи болтов 7 после установки дроссельных модулей А, В, С (всего в конструкции предусмотрена установка пяти модулей, но два модуля не попали в полость разреза). Каждый из модулей имеет герметичный кожух 8 в виде, например, свинчивающихся втулок 9, 10, которые фиксируются от разворота при помощи контргайки 11. Внутри кожуха 8 расположен уплотненный дифференциальный поршень 12 со сквозным осевым каналом 13 и сквозным радиальным пазом 14 на торце, сцентрированный относительно седла 15 во втулке 10, к которому поджата П-образная тарель 16. Тарель установлена на торце дроссельного элемента 17 и перекрывает вход в герметичную камеру 18, образованную кожухом 8, дроссельным элементом 17 и торцом-седлом 19 резьбового упора 20. Дроссельный элемент 17 расположен внутри резьбового упора 20 и поджимается со стороны торца вторым резьбовым упором 21. Замкнутая полость 22, образованная кожухом 8 и поршнем 12, сообщена каналом 23 с атмосферой. Возможно соединение этой полости с полостью 3 нижнего давления. В поршне 12 предусмотрена установка резьбового игольчатого дросселя 24, образующего с осевым каналом 13 регулируемое проходное сечение. Резьбовой упор 20 предназначен для настройки хода Н клапанно-седельной пары, образованной тарелью 16 и торцом-седлом 19, влияющего на расход и перепад давления перед дроссельным элементом 17. Резьбовой упор 21 предназначен для регулирования силы упругости дроссельного элемента 17, определяющего перемещение клапанно-седельной пары 16, 19 на закрывание при открывании под действием входного давления клапанно-седельной пары 15, 16. Для удобства настройки игольчатый дроссель 24 и резьбовые упоры 20, 21 могут быть снабжены уплотненными хвостовиками, выведенными наружу из корпуса редуктора.

Конструктивное исполнение каждого из пяти модулей одинаково. Отличие состоит только в том, что в каждом модуле установлен свой дроссельный элемент 16, имеющий заданные для данного модуля упругость и пористость. Перед установкой каждый модуль проходит автономные испытания, при которых он настраивается на обеспечение требуемого давления редуцирования в заданном поддиапазоне входного давления. Например, если величина редуцируемого давления 0,1 МПа, а диапазон изменения входного давления составляет 10-0,1 МПа, то указанный диапазон разбивается на несколько поддиапазонов по числу используемых модулей. Так, если принять три модуля, то число поддиапазонов также равно трем: например 10-7 МПа; 7-3 МПа; 3-0,1 МПа. Причем каждый из трех модулей настраивается на работу в своем поддиапазоне изменения входного давления, при превышении указанного диапазона он выключается из работы, а при снижении - вновь открывается.

Редуктор работает следующим образом.

Входной патрубок 5 подсоединяют к баллону со сжатым газом, а выходной патрубок 2 - к потребителю. При этом следует отметить, что в начале работы при полностью заряженном баллоне давление среды в нем максимальное, а по мере расходования среды давление падает до определенного минимума. Рабочая среда из баллона поступает в камеру 6, а из нее на вход дроссельных модулей А, В, С, каждый из которых работает в определенном поддиапазоне из диапазона изменения входного давления. Попадая в дроссельный модуль, газ воздействует на дифференциальный поршень 12, который воздействует торцом на тарель 16, отжимая ее от седла 15, и дроссельный элемент 17. При этом происходит четырехэтапное дросселирование газа до момента его выхода в выходную полость 3; на игольчатом дросселе 24, по клапанно-седельной паре 15, 16 и клапанно-седельной паре 16, 19 и на дроссельном элементе 17. При этом чем больше входное давление газа в полости 6, тем больше усилие, развиваемое дифференциальным поршнем 12, и, следовательно, меньше зазор H и больше нагружен дроссельный элемент 17. Данное положение соответствует максимальному дросселированию среды. При превышении входного давления из заданного поддиапазона изменения выходного давления среды тарель 16 садится на торец-седло 19 и дроссельный модуль перекрывается. В силу этого при работе дроссельного модуля А в верхнем поддиапазоне входного давления другие модули В, С и т.д. , настроенные на более низкие уровни поддиапазонов изменения входного давления, перекрыты соответствующими клапанными парами и в работе не участвуют. По мере расходования газа из баллона входное давление в полости 6 снижается и, когда оно войдет в поддиапазон давлений, на который настроен следующий дроссельный модуль В, в последнем тарель 16 отходит от торца-седла 19 и модуль начинает работать по аналогии с ранее работавшим модулем А, в котором при переходе работы редуктора на новый поддиапазон давлений тарель 16 под действием силы упругости элемента 17 садится на торец-седло 15, отсекая поступление через него расхода газа в выходную полость 3.

По мере дальнейшего расходования газа из баллона входное давление в полости 6 снижается до более низкого поддиапазона давлений, на который настроен следующий дроссельный модуль С, а модуль В отключается по аналогии с ранее отклоненным модулем А. В такой последовательности срабатывают и остальные дроссельные модули, включенные в состав редуктора. При повторной зарядке баллона максимальным давлением газа работа редуктора повторяет ранее описанную последовательность срабатывания модулей.

Обеспечение надежности работы редуктора и высокой точности редуцирования давления в широком диапазоне изменения входного давления достигается как за счет расширения функциональных способностей каждого отдельно взятого дроссельного модуля путем организации в нем четырехэтапного редуцирования давления газа, так и параллельным их включением с обеспечением их работы в собственных поддиапазонах эксплуатации, образующих в совокупности рабочий диапазон изменения входного давления в редукторе.

Обеспечение удобства его регулировки достигается введением в редуктор простых по конструкции механизмов регулирования площадки проходного сечения осевого канала в дифференциальном поршне, зазора Н, определяющего поступление газа в дроссельный элемент, и силы упругости дроссельного элемента.

Высокая ремонтопригодность достигается за счет установки в редуктор автономных, предварительно настроенных дроссельных модулей и использования принципа их агрегатирования, что обеспечивается выполнением корпуса в виде двух легкоразъемных оснований.

Редуктор обеспечивает возможность перестройки величины редуцируемого давления и рабочего диапазона входного давления под требуемое редуцирующее давление для работы в других системах, что может быть осуществлено перестройкой редуцирующей характеристики каждого из модулей при помощи задействованных в нем механизмов регулирования, выключением из работы одного или ряда модулей, не вписывающихся в заданный рабочий диапазон изменения давления среды на входе в редуктор. Последнее может быть осуществлено как выключением из работы редукторов завинчиванием резьбового упора 20, так и путем установки вместо этих модулей технологических герметичных заглушек-переходников.

Конструкция редуктора многовариантна, легко вписывается в съемные основания корпуса любого типа: трубы, диски, торообразные корпуса и т.д., а в ряде случаев целесообразно выполнение съемных модулей в виде резьбовых элементов (по аналогии по свечами зажигания автотранспорта).

Кроме того, редуктор способен работать в режиме аварийного клапана, так как при подаче на его вход давления, превышающего величину максимального давления из заданного диапазона изменения входного давления, все дроссельные модули выключаются из работы (закрываются), что исключает повреждение трубопроводных магистралей за редуктором.

Формула изобретения

РЕДУКТОР, содержащий корпус с входным и выходным патрубками, между которыми размещен дроссельный орган с дроссельными элементами из упругого материала разной капиллярной структуры и сообщенный с входным патрубком чувствительный элемент в виде полого уплотненного дифференциального поршня, отличающийся тем, что дроссельный орган выполнен в виде съемных дроссельных модулей, каждый из которых содержит дроссельный и чувствительный элементы, поджатую к седлу П-образную тарель, установленную на торце дроссельного элемента со стороны чувствительного элемента и перекрывающую вход в герметичную камеру, образованную дроссельным элементом, кожухом модуля и торцом резьбового упора, в полости которого размещены дроссельный элемент и второй резьбовой упор, и резьбовой игольчатый дроссель во внутренней полости поршня, а корпус выполнен в виде двух разъемно соединенных оснований, каждое из которых имеет внутреннюю герметичную камеру и гнезда для одноименных концов съемных дроссельных модулей, причем внутренняя герметичная камера одного из оснований соединена с входным патрубком, а внутренняя герметичная камера другого основания - с выходным патрубком.

РИСУНКИ

Рисунок 1