Регулятор давления

 

Изобретение относится к технике автоматического регулирования и может быть использовано в системах водоснабжения и других. Регулятор содержит цилиндрический корпус с входной и выходной полостями и между ними подпружиненный чувствительный элемент, образующий с глухим отверстием уплотненную задающую полость, перегородка и на ней седло со стороны выходной полости, в которой запорный элемент, прикрепленный к торцу чувствительного элемента, расположенного в плоскости седла. Уплотнение задающей полости выполнено эластичной мембраной, закрепленной центральной частью на чувствительном элементе, выполненным составным, а периферийной прикрепленной к корпусу торцем перфорированного выступа перегородки, для чего глухое отверстие выполнено в корпусе, а также введением компенсатора нелинейно-зависимой от расхода погрешности. Техническим результатом является уменьшение габаритов и массы, повышение надежности и точности. 1 ил.

Изобретение относится к технике автоматического регулирования и может быть использовано в системах водоснабжения и других.

Известен регулятор давления, содержащий корпус с входной и выходной полостями, между которыми расположены регулирующий орган, выполненный в виде седла, выполненного в перегородке, и запорного элемента, подпружиненный чувствительный элемент, выполненный в виде стакана, задающая полость с расположенной в ней пружиной чувствительного элемента (патент RU 2096819 С1, 20.11.97. Бюллетень №32).

Недостатком этого регулятора является то, что используемая для повышения точности отрицательно-обратная связь по входному давлению для компенсации жесткости пружины эффективна только для расходов, изменяющихся в небольших диапазонах, а для использования данной конструкции с расходами, изменяющимися в широком диапазоне, требуется применение седел с увеличенными диаметрами для уменьшения рабочего хода запорного элемента и снижения жесткости пружины и, как следствие, все это ведет к увеличению габаритов и массы. Также в конструкции регулятора применено большое количество уплотнений, снижающих надежность регулятора.

Указанные недостатки, кроме касающегося надежности, частично устранены в регуляторе давления, который по технической сущности и достигаемому результату является наиболее близким к заявляемому изобретению (патент RU 3121704 С1, 10.11.98. Бюллетень №31).

Он содержит корпус с входной и выходной полостями, между которыми расположен подпружиненный чувствительный элемент, выполненный в виде стакана, расположенного в глухом отверстии и образующего с его поверхностями уплотненную задающую полость с расположенной в ней пружиной, а его боковой поверхностью дна, выполненной профилированной, и поверхностью отверстия перегородки, установленной со стороны выходной полости, образованы каналы, регулирующий орган, выполненный в виде седла, выполненного в перегородке со стороны выходной полости и запорного элемента, выполненного в виде диска и герметично прикрепленного через прокладку к наружной поверхности дна стакана, расположенного в выходной полости, кольцевая полость, соединенная с входной полостью.

Недостатками данного регулятора являются применение первого стакана с глухим отверстием для образования задающей полости, что повлекло за собой увеличение габаритов, массы и снижение надежности из-за увеличения количества уплотняющих элементов. Точность регулятора понижает некомпенсируемая нелинейно зависимая от расхода сила струи, действующая на запорный элемент при повороте ее (струи) в щель.

Техническим результатом является устранение указанных недостатков.

Для достижения этой цели в известном регуляторе давления, содержащем корпус с входной и выходной полостями, между которыми в центральной внутренней части корпуса расположены подпружиненный чувствительный элемент, выполненный в виде стакана, расположенного с возможностью осевого перемещения в глухом отверстии и образующего с его поверхностями уплотненную задающую полость с расположенной в ней пружиной, а его боковой поверхностью дна, выполненной профилированной, и поверхностью отверстия перегородки, установленной со стороны выходной полости, образованы каналы, регулирующий орган, выполненный в виде седла, выполненного в перегородке со стороны выходной полости и запорного элемента, выполненного в виде диска и герметично прикрепленного через прокладку к наружной поверхности дна стакана, расположенного в выходной полости, кольцевая полость, соединенная с входной полостью, согласно изобретению глухое отверстие выполнено в корпусе, уплотнение задающей полости выполнено эластичной мембраной, которая периферийной частью прикреплена к корпусу торцем выступа, который выполнен в перегородке с противоположной стороны седла перфорированным, и наружной поверхностью которого и прилегающей к нему фланцевой поверхностью перегородки с внутренней поверхностью корпуса образована кольцевая полость, соединенная с входной полостью каналами, которые выполнены в корпусе, а центральной частью закреплена на стакане, который выполнен составным, наружная поверхность дна стакана расположена в полости седла, а обращенная к нему поверхность запорного элемента выполнена конической.

Выполнение глухого отверстия непосредственно в корпусе, введение в перегородке перфорированного выступа, образующего с внутренней поверхностью корпуса кольцевую полость, соединенную каналами с входной полостью, выполнение стакана составным позволило осуществить уплотнение задающей полости мембраной и аннулировать трудоемкий и материалоемкий первый стакан, снизить габариты и массу регулятора, повысить его надежность за счет уменьшения количества уплотняющих элементов.

Расположение наружной поверхности дна стакана в плоскости седла и выполнение обращенной к седлу поверхности запорного элемента конической позволяет повысить точность регулятора без введения дополнительных устройств как в статическом режиме за счет увеличения объема при вхождении в отверстие перегородки конической поверхности запорного элемента при закрытии, так и в динамическом режиме за счет компенсации нелинейно изменяющейся силы струи, действующей на затвор в сторону открытия при повороте струи в щель, противоположной ей по направлению и изменяющейся по тому же закону силой от статического давления в струе после выхода из щели, что обеспечивается подбором угла конической поверхности запорного элемента.

На чертеже показан пример выполнения регулятора давления.

Регулятор давления содержит корпус 1, входную 2 и выходную 3 полости, подпружиненный пружиной 4 чувствительный элемент, выполненный в виде стакана 5, расположенного с возможностью осевого перемещения в глухом отверстии, которое выполнено в корпусе 1 и образует своими поверхностями со стаканом 5 уплотненную задающую полость с расположенной в ней пружиной 4, перегородку 7, установленную со стороны выходной полости 3 и образующую поверхность отверстия с боковой профилированной поверхностью дна стакана 5 каналы 8, регулирующий орган, выполненный в виде седла 9, выполненного в перегородке 7 со стороны выходной полости 3 и запорного элемента 10, выполненного в виде герметично прикрепленного через прокладку к наружной поверхности дна стакана 5 диска, обращенная к седлу поверхность которого выполнена конической, а наружная поверхность дна стакана 5 расположена в плоскости седла 9.

Уплотнение задающей полости 6 выполнено мембраной 11, которая периферийной частью прикреплена к корпусу 1 торцем выступа, который выполнен в перегородке 7 с противоположной стороны седла 9 перфорированным и наружной поверхностью которого и прилегающей к нему фланцевой поверхностью перегородки 7 с внутренней поверхностью корпуса 1 образована кольцевая полость 12, соединенная с входной 1 полостью каналами 13, которые выполнены в корпусе 1, а центральной частью соединена со стаканом 5, который выполнен составным.

Регулятор давления работает следующим образом.

В динамическом режиме путь потока рабочей среды в регуляторе от входа до выхода включает входную полость 2, каналы 13, выполненные в корпусе 1, кольцевую полость 12, отверстия перфорированной стенки перегородки 7, каналы 8, образованные поверхностью отверстия перегородки 7 и профилированной наружной поверхностью дна стакана 5, автоматически регулируемую щель между седлом 9 и запорным элементом 10, выходную полость 3.

При повышении (понижении) входного давления и (или) расхода запорный элемент 10 подходит (отходит) к седлу 9 (от седла 9), предотвращая повышение (понижение) давления на выходе.

При этом выходное давление автоматически поддерживается постоянным в диапазонах изменений входного давления и расхода от нижнего до верхнего пределов путем уравновешивания силы пружины 4 и силы струи рабочей среды, действующей на запорный элемент 10 и обусловленной ее поворотом, и с другой - сил от воздействия выходного деления в выходной полости 3 на эффективную площадь чувствительного элемента, равную площади отверстия перегородки 7, входного давления в кольцевой полости 12 на эффективную площадь чувствительного элемента, равную разности площадей соответственно сечения окружности чувствительного элемента, сопрягаемого с глухим отверстием и отверстия перегородки 7 и силы от перепала давления между наружной и внутренней сторонами запорного элемента 10 после щели на величину динамического давления струи, причем переменная составляющая сила пружины 4, обусловленная ее жесткостью компенсируется переменной составляющей силой от переменной составляющей входного давления, действующего на упомянутую разность площадей и при постоянном расходе, а для компенсации, влияющей на точность второй пары сил с нелинейной зависимостью от расхода запорный элемент 10, выполнен с обращенной к седлу 9 конической поверхностью с величиной угла при вершине, обеспечивающей соотношение:

где V₁, S₁ - скорость и сечение струи, действующей на коническую поверхность запорного элемента перед щелью;

ρ - плотность рабочей среды;

α - угол при вершине конической поверхности запорного элемента;

V₂ - скорость струи при выходе из щели;

S₂ - эффективная площадь конической поверхности запорного элемента после щели.

В левой части соотношения - сила струи, действующая на коническую поверхность запорного элемента 10 перед щелью при повороте, в правой - противоположная первой по направлению сила от перепада давления между наружной и внутренней сторонами запорного - элемента 10, равная по величине динамическому давлению струи после щели.

Из соотношения после преобразований:

При резком закрытии сети после регулятора увеличению давления на выходе препятствует увеличение объема выходной полости 3 за счет вхождения конической поверхности запорного элемента 10 в отверстие перегородки 7.

При таком исполнении регулятора, например квартирного, его габариты снижены на 30%, масса в 2 раза, а высокая точность в широком диапазоне изменения как входного давления, так и расхода обеспечивает комфортные условия водопользователям.

Формула изобретения

Регулятор давления, содержащий корпус с входной и выходной полостями, между которыми в центральной внутренней части корпуса расположены подпружиненный чувствительный элемент, выполненный в виде стакана, расположенного с возможностью осевого перемещения в глухом отверстии и образующего с его поверхностями уплотненную задающую полость с расположенной в ней пружиной, а его боковой поверхностью дна, выполненной профилированной, и поверхностью отверстия перегородки, установленной со стороны выходной полости, образованы каналы, регулирующий орган, выполненный в виде седла, выполненного в перегородке со стороны выходной полости и запорного элемента, выполненного в виде диска и герметично прикрепленного через прокладку к наружной поверхности дна стакана, расположенного в выходной полости, кольцевая полость, соединенная с входной полостью, отличающийся тем, что глухое отверстие выполнено в корпусе, уплотнение задающей полости выполнено эластичной мембраной, которая периферийной частью прикреплена к корпусу торцем выступа, который выполнен в перегородке с противоположной стороны седла перфорированным, и наружной поверхностью которого и прилегающей к нему фланцевой поверхностью перегородки с внутренней поверхностью корпуса образована кольцевая полость, соединенная с входной полостью каналами, которые выполнены в корпусе, а центральной частью закреплена на стакане, который выполнен составным, наружная поверхность дна стакана расположена в плоскости седла, а обращенная к нему поверхность запорного элемента выполнена конической.

РИСУНКИРисунок 1