Регулятор давления

 

Изобретение относится к технике автоматического регулирования и может быть использовано в системах водоснабжения и других. Регулятор содержит корпус с входной и выходной полостями, между которыми расположен регулирующий орган, выполненный в виде седла и затвора, полость управления, чувствительный элемент, пружину, шток, задающую полость. Обращенные друг к другу торцовые поверхности седла и затвора выполнены соответственно конической и с выточкой, причем угол при вершине конической поверхности седла выбран позволяющим направить струю рабочей среды из регулирующего органа на выточку в затворе с силой, уравновешивающей силу, обусловленную динамическим давлением струи после выхода из щели регулирующего органа. Техническим результатом является повышение точности в широких диапазонах изменений входного давления и расхода. 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 расположен регулирующий орган, выполненный в виде седла с перфорированной стенкой в выходной полости и затвора, расположенного со стороны входной полости, чувствительный элемент, расположенный с пружиной в задающей полости, связанный через шток с затвором и подпружиненный упомянутой пружиной относительно корпуса через резьбовую пару, полость управления, соединенную с входной полостью и герметично разделенную от задающей полости (патент RU 2121703 C1, 10.11.98, Бюл. №31).

Недостатком этого регулятора является то, что выходное давление поддерживается постоянным в широком диапазоне изменения расхода только при заданном постоянном входном давлении и непригоден для применения при входном давлении, изменяющимся в широком диапазоне.

Второго недостатка лишен регулятор давления, который по технической сущности и достигаемому результату является наиболее близким к заявляемому изобретению (патент RU 2117980 C1, 20.08.98, Бюл. №23).

Регулятор содержит корпус с входной и выходной полостями, между которыми расположен регулирующий орган, выполненный в виде седла с перфорированной стенкой в выходной полости и затвора, расположенного со стороны входной полости, чувствительный элемент, расположенный с пружиной в задающей полости, связанный через шток с затвором и подпружиненный упомянутой пружиной относительно корпуса через резьбовую пару, полость управления, соединенную с выходной полостью и герметично разделенную от задающей полости.

Недостатком этого регулятора является то, что, имея на номинальном расходе в широком диапазоне изменения входного давления высокую точность, последняя снижается в широком диапазоне изменения расхода, влияние которого не учитывается на статическое давление, действующее на затвор после выхода струи из щели регулирующего органа и изменяющегося на величину динамического давления этой струи.

Техническим результатом является повышение точности в широком диапазоне изменения расхода при широком диапазоне изменения входного давления.

Для достижения этого технического результата в известном регуляторе давления, содержащем корпус с входной и выходной полостями, между которыми расположен регулирующий орган, выполненный в виде седла с перфорированной стенкой в выходной полости и затвора, расположенного со стороны входной полости, чувствительный элемент, расположенный с пружиной в задающей полости, связанный через шток с затвором и подпружиненный упомянутой пружиной относительно корпуса через резьбовую пару, полость управления, соединенную с выходной полостью и герметично разделенную от задающей полости, согласно изобретению обращенные друг к другу торцовые поверхности седла и затвора выполнены соответственно конической и с выточкой, причем угол при вершине конической поверхности седла выбран позволяющим направить струю рабочей среды из регулирующего органа на выточку в затворе с силой, уравновешивающей силу, обусловленную динамическим давлением струи после выхода из щели регулирующего органа.

Выполнение обращенных друг к другу торцовых поверхностей седла и затвора соответственно конической и с выточкой с выбором при вершине конической поверхности седла угла, позволяющего направить струю рабочей среды из регулирующего органа на выточку в затворе с силой, уравновешивающей силу, обусловленную динамическим давлением струи после выхода из щели регулирующего органа, позволило направить струю в выточку затвора с целью использования ее зависящей от расхода силы, действующей в сторону открытия регулирующего органа для компенсации переменной составляющей силы, действующей в сторону закрытия от переменной составляющей статического давления, равной по величине динамическому давлению струи и действующей на площадь, равную эффективной площади затвора в выходной полости, что позволило повысить точность регулятора в широком диапазоне изменения расхода в сочетании с широким диапазоном изменения входного давления.

На чертеже показан пример выполнения регулятора давления.

Регулятор давления содержит корпус 1 с входной полостью 2 и выходной 3, соединенной каналами 4 с полостью управления 5, герметично разделенную от соединенной с атмосферой задающей полости 6 мембраной 7, которая периферийной частью закреплена в корпусе 1, а центральной частью - на расположенном в задающей полости 6 чувствительном элементе 8, выполненном в виде диска и подпружиненном пружиной 9 относительно опоры 10, образующей с корпусом 1 резьбовую пару, регулирующий орган, выполненный в виде седла 11 с перфорированной стенкой в выходной полости 3 и затвора 12, расположенного со стороны входной полости 2 и связанного штоком 13 с чувствительным элементом 8.

Кроме того, торец седла 11 выполнен с конической поверхностью 14, а обращенный к нему торец затвора 12 - с выточкой, причем угол при вершине конической поверхности 14 седла 11 выбран с учетом направления струи рабочей среды из регулирующего органа на выточку 15 в затворе 12 с силой, уравновешивающей силу, обусловленную динамическим давлением струи после выхода из щели регулирующего органа.

Регулятор работает следующим образом.

При повышении (понижении) входного давления и (или) расхода запорный элемент 12 подходит (отходит) к седлу 11 (от седла 11), предотвращая повышение (понижение) давления на выходе.

При этом выходное давление автоматически поддерживается постоянным в широком изменении диапазонов входного давления и расхода путем уравновешивания силы пружины 9 и силы струи рабочей среды из щели регулирующего органа, направленной в выточку 15 затвора 12 конической поверхностью 14 седла 11, с одной стороны и с другой - сил от воздействия давления в полости управления 5 на эффективную площадь чувствительного элемента 8, входного давления, действующего на площадь штока 13 через затвор 12 и давления во входной полости 2 на затвор 12 на площадь, равную эффективной площади затвора 12 со стороны седла 11, равного по абсолютной величине динамическому давлению струи за щелью регулирующего органа, причем постоянная составляющая сила пружины 9, соответствующая нижнему пределу входного давления и определяющая величину поддерживаемого давления на выходе, уравновешивается силой от воздействия выходного давления на эффективную площадь чувствительного элемента 8 и постоянной силой от действия нижнего предела входного давления на площадь штока 13, переменная составляющая сила пружины 9, обусловленная ее жесткостью, уравновешивается переменной составляющей силой от воздействия переменной составляющий входного давления на эффективную площадь затвора 12, равную площади сечения штока 13, а коническая поверхность 14 седла 11 позволила направить струю рабочей среды из регулирующего органа на выточку 15 в затворе 12 с силой, уравновешивающей силу, обусловленную динамическим давлением струи после выхода из щели регулирующего органа, что соответствует соотношению

где V, S₁ - скорость и сечение струи после щели;

ρ - плотность рабочей среды;

α - угол при вершине конической поверхности седла;

S ₂ - эффективная площадь затвора со стороны седла;

при этом угол при вершине конической поверхности равен

Такое исполнение регулятора обеспечивает высокое постоянство выходных характеристик в широких диапазонах изменений расхода и входного давления.

Формула изобретения

Регулятор давления, содержащий корпус с входной и выходной полостями, между которыми расположен регулирующий орган, выполненный в виде седла с перфорированной стенкой в выходной полости и затвора, расположенного со стороны входной полости, чувствительный элемент, расположенный с пружиной в задающей полости, связанный через шток с затвором и подпружиненный упомянутой пружиной относительно корпуса через резьбовую пару, полость управления, соединенную с входной полостью, герметично разделенную от задающей полости, отличающийся тем, что обращенные друг к другу торцовые поверхности седла и затвора выполнены соответственно конической и с выточкой, причем угол при вершине конической поверхности седла выбран позволяющим направить струю рабочей среды из регулирующего органа на выточку в затворе с силой, уравновешивающей силу, обусловленную динамическим давлением струи после выхода из щели регулирующего органа.

РИСУНКИ