Регулятор давления

 

Изобретение относится к области автоматического регулирования давления газа в автомобильной, газовой, энергетической, химической и других отраслях промышленности и сельского хозяйства. Регулятор давления содержит корпус с входным патрубком в нижней части, жестко связанный с корпусом выходной патрубок, расположенные в корпусе чувствительный элемент с жестким центром и регулирующий орган, выполненный в виде сопла и заслонки, шток, один конец которого связан с жестким центром, и пружину задания, предназначенную для нагружения жесткого центра чувствительного элемента, при этом полость над жестким центром чувствительного элемента выполнена герметичной, снабжена упругой оболочкой и заполнена несжимаемой рабочей средой. Пружина задания снабжена плунжером, один конец которого установлен с опорой на упругую оболочку указанной полости. Заслонка жестко связана с наружной поверхностью штока. А корпус снабжен резьбовым поясом, предназначенным для связи с газовым баллоном и патрубком заполнения последнего, расположенным над резьбовым поясом корпуса. При этом выходной патрубок расположен на корпусе оппозитно патрубку заполнения баллона. Регулятор давления позволяет разгрузить газопроводную магистраль от давления баллона, вентиль отключения баллона от давления в нем, создать компактную газобаллонную систему подачи топлива. 1 ил.

Изобретение относится к области автоматического регулирования, а именно к устройствам регулирования давления газа, и может быть использовано в автомобильной, газовой, энергетической, химической и других отраслях промышленности и сельского хозяйства.

Известен регулятор давления газа, содержащий корпус с входом и выходом, между которыми установлен клапан в седле, связанный штоком с поршневым чувствительным элементом, снабженным резиновым кольцом. Повышение надежности и долговечности достигнуты в регуляторе тем, что он содержит втулку из фторопласта с резиновым уплотнением в корпусе, установленную на поршне с возможностью взаимодействия с резиновым кольцом, при этом резиновое уплотнение в корпусе покрыто фторопластом [1].

Использование фторопластового покрытия в зоне контакта "корпус - поршневой чувствительный элемент" обеспечило, наряду с указанными качествами, повышение точности и уменьшение силы трения в трущихся парах, вместе с тем компоновка входа и выхода в регуляторе на общей оси требует при установке его на емкости конечного объема (газовый баллон) применения дополнительных элементов трубопроводной арматуры. Кроме того, при эксплуатации регулятор давления не защищен от внешних воздействий, в том числе механических, что может отрицательно повлиять на его служебные свойства, а для заполнения баллона рабочей средой необходим обязательный демонтаж регулятора.

Известен регулятор давления, содержащий корпус с входной и выходной полостями, между которыми расположен регулирующий орган, связанный со стороны входной полости с исполнительным элементом, и пилотный клапан, чувствительный элемент которого образует с корпусом полость, сообщенную с выходной полостью и через пилотный клапан - с полостью управления исполнительного элемента. Повышение надежности, уменьшение габаритов и массы регулятора достигнуты выполнением регулирующего органа в виде двухседельного затвора, первый запорный элемент которого поджат к первому седлу со стороны входной полости, а второй запорный элемент - ко второму седлу со стороны выходной полости, при этом площадь первого запорного элемента больше площади второго запорного элемента на величину, соответствующую усилию герметизации двухседельного затвора, а площадь исполнительного элемента больше разности площадей первого и второго запорных элементов [2].

Компоновка входной и выходной полостей на общей горизонтальной оси требует в этом регуляторе при установке его на газовом баллоне использования дополнительных элементов трубопроводной арматуры, кроме того, он, как и регулятор давления по [1], не защищен от вредных внешних воздействий, включая механические. При этом исключена и возможность размещения регулятора непосредственно в полости баллона, поскольку становится невозможным как отбор, так и подача потребителю транспортируемого продукта.

Известен регулятор давления, содержащий корпус с входным и выходным патрубками и расположенные в нем чувствительный элемент с подпружиненным жестким центром и регулирующий орган, выполненный в виде сопла и заслонки в виде вялой мембраны, связанной контактно посредством подпружиненного упора с одним концом штока, расположенного в центральном отверстии сопла, другой конец штока связан с подпружиненным жестким центром, а вокруг сопла в корпусе выполнены радиальные кольцевые канавки, вершины выступов которых расположены в одной плоскости. Расширение области применения регулятора достигнуто тем, что вялая мембрана размещена свободно между соплом и подпружиненным упором с зазором по ее наружному диаметру, соединяющим входной патрубок с радиальными и кольцевыми канавками [3]. По совокупности существенных признаков регулятор наиболее близок к заявляемому изобретению и принят в качестве прототипа.

Установка входного и выходного патрубков в нижней части корпуса позволила снизить вес и габариты регулятора, вместе с тем, при установке регулятора на емкость конечного объема (газовый баллон) также необходимо использовать дополнительные элементы газопроводной арматуры Кроме того, как и регуляторы по [1] и [2], он не защищен от внешних воздействий, включая механические.

Задача изобретения состоит в разработке компактного регулятора давления, который, будучи установлен по меньшей мере на половину своей высоты в полости газового баллона, был бы надежно защищен от внешних механических воздействий, обеспечивая возможность регулирования величины выходного давления в широком диапазоне, а также заполнения баллона рабочей средой без демонтажа регулятора.

Задача решается тем, что в регуляторе давления, содержащем корпус с входным патрубком в нижней части, жестко связанный с корпусом выходной патрубок, расположенные в корпусе чувствительный элемент с жестким центром и регулирующий орган, выполненный в виде сопла и заслонки, шток, один конец которого связан с жестким центром, и пружину задания, предназначенную для нагружения жесткого центра чувствительного элемента, согласно изобретению полость над жестким центром чувствительного элемента выполнена герметичной, снабжена упругой оболочкой и заполнена несжимаемой рабочей средой, пружина задания снабжена плунжером, один конец которого установлен с опорой на упругую оболочку указанной полости, заслонка жестко связана с наружной поверхностью штока, корпус снабжен резьбовым поясом, предназначенным для связи с газовым баллоном, и патрубком заполнения последнего, расположенным над резьбовым поясом корпуса, при этом выходной патрубок установлен на корпусе оппозитно патрубку заполнения баллона.

Целесообразно в качестве рабочей среды использовать консистентную смазку.

Целесообразно входной патрубок снабдить фильтрующим элементом.

Целесообразно в качестве фильтрующего элемента использовать латунный пористый фильтр.

Целесообразно плунжер выполнить полым, а пружину задания снабдить направляющей, один конец которой разместить в полости плунжера, а другой конец снабдить опорным венчиком, предназначенным для взаимодействия с регулировочным винтом.

Целесообразно шток выполнить со сквозным осевым каналом, связанным с входным патрубком регулятора давления.

Целесообразно патрубок заполнения баллона соединить с его полостью посредством продольного узкого паза в резьбовом поясе корпуса.

Целесообразно регулятор давления снабдить двухступенчатым цилиндрическим стаканом, в ступени меньшего диаметра которого установить пружину задания с плунжером и регулировочным винтом, а в ступени большего диаметра образовать герметичную полость над жестким центром чувствительного элемента.

Целесообразно корпус снабдить вкладышем, установленным под указанным стаканом, сопло выполнить во вкладыше, а периферийные части упругой оболочки и чувствительного элемента замкнуть между смежными торцовыми поверхностями вкладыша и стакана.

Целесообразно вкладыш снабдить втулкой, свободный конец штока разместить в полости втулки, при этом вкладыш и втулку друг с другом жестко связать посредством резьбового пояса.

Целесообразно регулировочный винт пружины задания снабдить упругим фиксатором, размещенным в шлицевой прорези винта.

Целесообразно упругий фиксатор выполнить из резины.

Целесообразно верхнюю крышку корпуса регулятора снабдить воздушным фильтром.

Целесообразно в качестве материала воздушного фильтра использовать поролон.

При использовании изобретения может быть получен технический результат, выражающийся в - разгрузке газопроводной магистрали от давления баллона, что обусловлено возможностью получения величины рабочего давления в ней непосредственно на выходе баллона, в качестве которого использован выходной патрубок регулятора давления; - разгрузке вентиля отключения баллона от давления в последнем, что обусловлено установкой вентиля в магистрали подачи газа после регулятора давления; - возможности создания компактной газобаллонной системы подачи топлива, например для автомобиля, что обусловлено значительным уменьшением габаритов и силы пружины задания и, как следствие, габаритов и массы регулятора в целом, а также возможностью регулирования величины выходного давления регулятора в широком диапазоне за счет использования в чувствительном элементе комбинированного звена "пружина задания - плунжер с замкнутым объемом несжимаемой рабочей среды".

Другие преимущества заявляемого изобретения будут видны из описания и чертежа, где изображен общий вид регулятора в продольном разрезе.

Регулятор давления содержит корпус 1 с верхней 2 и нижней 3 крышками, в последней из которых выполнен входной патрубок 4 и установлен полупроницаемый фильтр 5, вкладыш 6, чувствительный элемент 7 в виде мембраны с подпружиненным жестким центром 8, нагруженным пружиной 9 задания, регулировочный винт 10, регулирующий орган, выполненный в виде заслонки 11 и сопла 12, причем заслонка расположена в полости 13 вкладыша 6, соединенной с входным патрубком 4 посредством радиальных каналов 14, и жестко связана с проходящим через отверстие сопла 12 штоком 15, который в свою очередь жестко соединен при помощи гайки 16 с жестким центром 8. В полости 17 корпуса установлен двухступенчатый цилиндрический стакан 18, ступень большего диаметра которого размещена с опорой на вкладыш 6 с образованием герметичной снабженной упругой оболочкой 19 полости 20, заполненной несжимаемой рабочей средой, например консистентной смазкой. Пружина 9 задания снабжена плунжером 21, имеющим полость 22, и направляющей 23, имеющей опорный венчик 24 на одном своем конце и размещенной в полости 22 другим своим концом. Плунжер 21 находится в постоянном контакте с оболочкой 19 и совместно с жестким центром 8 образует в чувствительном элементе передаточное понижающее звено с характеристикой, равной отношению квадратов диаметров плунжера к жесткому центру. На наружной поверхности верхней половины корпуса 1 имеется резьбовой пояс 25, предназначенный для герметичного соединения с газовым баллоном (не показан) и снабженный продольной узкой прорезью 26, образующей совместно с отверстием 27 и патрубком 28 канал заполнения баллона газом. Оппозитно патрубку 28 установлен выходной патрубок 29 регулятора, соединенный при помощи полости 17, секторообразных пазов 30 стакана 18, полости 31 и радиальных сквозных отверстий 32 вкладыша 6 с соплом 12 регулирующего органа, и фактически служит в качестве выхода баллона. Свободный конец штока 15 установлен в полости втулки 33 вкладыша 6, которые жестко связаны друг с другом посредством резьбового пояса 34, и снабжен осевым сквозным каналом 35. Верхняя крышка 2 снабжена воздушным фильтром 36, а стакан 18, шток 15 и вкладыш 6 - соответственно уплотняющими элементами 37, 38, 39.

Для сохранения настройки силы пружины 9 в условиях вибраций, например при движении транспортного средства, в прорези винта 10 размещен упругий фиксирующий элемент 40, например из резины, застопоренный разрезным пружинным кольцом 41.

Регулятор давления работает следующим образом. Поток газа через входной патрубок 4 проходит в полость 13 к соплу 12, где дросселируется и поступает в камеру 42 под мембраной 7, а по системе каналов 32, 31, 17 поступает через выходной патрубок 29 к потребителю. Выходное давление устанавливается регулированным винтом 10 и поддерживается автоматически: - при уменьшении давления в камере 42 относительно заданной силы пружины 9 мембрана 7 с жестким центром 8 и штоком 15, а также плунжер 21 опустятся вниз, увеличивая зазор между заслонкой 11 и соплом 12, вследствие чего увеличивается выходное давление и восстанавливается давление в камере 42, а система "мембрана 7, жесткий центр 8, плунжер 21, пружина 9" приходит в равновесие; - при увеличении давления в камере 42 и на выходе 29 регулятора мембрана 7 с жестким центром 8, поднимаясь вверх, воздействует через рабочую среду в полости 20 на плунжер 21, который соответственно передаточному отношению переместится вверх, нагнетая пружину 9. При этом шток 15 с заслонкой 11 также переместятся вверх, прикрывая дросселирующий зазор, и давление на выходе 29 и в камере 42 уменьшается, а мембрана 7 приходит в равновесие.

Регулятор давления заявляемого конструктивного исполнения позволил создать высоконадежную компактную систему газоснабжения легкового автомобиля на базе модели "Орбита" производства Ижевского автозавода. При этом магистраль подачи топлива была разгружена до рабочего давления 5-30 кгс/см² от давления баллона, составляющего 250 атмосфер, а вентиль перекрытия магистрали был рассчитан на выходное давление регулятора и установлен в удобном для водителя месте.

Регулятор давления с незначительными изменениями по конструкции узла заполнения может быть успешно использован и в "открытом" исполнении, когда его вход подключают к магистрали транспортировки рабочей среды.

Источники информации 1. Патент Российской Федерации 2031438, кл. G 05 D 16/00, опубл. 20.03.95, Бюл. 8.

2. Патент СССР 1779291, кл. G 05 D 16/00, опубл. 30.11.92, Бюл. 44.

3. Авторское свидетельство СССР 1550490, кл. G 05 D 16/00, опубл. 24.03.88, Бюл. 10 - прототип.

Формула изобретения

Регулятор давления, содержащий корпус с входным патрубком в нижней части, жестко связанный с корпусом выходной патрубок, расположенные в корпусе чувствительный элемент с жестким центром и регулирующий орган, выполненный в виде сопла и заслонки, шток, один конец которого связан с жестким центром, и пружину задания, предназначенную для нагружения жесткого центра чувствительного элемента, отличающийся тем, что полость над жестким центром чувствительного элемента выполнена герметичной, снабжена упругой оболочкой и заполнена несжимаемой рабочей средой, пружина задания снабжена плунжером, один конец которого установлен с опорой на упругую оболочку указанной полости, заслонка жестко связана с наружной поверхностью штока, а корпус снабжен резьбовым поясом, предназначенным для связи с газовым баллоном и патрубком заполнения последнего, расположенным над резьбовым поясом корпуса, при этом выходной патрубок расположен на корпусе оппозитно патрубку заполнения баллона.

РИСУНКИ

Рисунок 1