Регулятор давления
(71) Заявитель (54) РЕГУЛЯТОР ДАВЛЕНИЯ
Изобретение относится к силовой пневмоавтоматике, и может быть использовано в различных пневматических системах для понижения давления рабочей среды.
По основному авт.св. 1741243. из- . вестен регулятор давления, содержащий корпус с входной и выходной полостями и установленным в нем под- пружиненным дросселирующим клапаном, соединенным через толкатель с чувствительным элементом поршневого типа, связанным с регулируемой пружиной.
Седло клапана выполнено в виде под" пружиненного в сторону чувствительного элемента двухступенчатого пореня, меньшая ступень которого обращена к входной, а большая. — к выходной полостям (11.
Высокая статическая точность регулятора обусловливает снижение устойчивости его работы и вызывает автокопебания регулятора. Кроме того, седло и чувствительный элемент известного регулятора нагружены цилиндрическими пружинами, упругая характеристика которых линейная и характеризуется постоянным коэффициентом жесткости. Это, в свою очередь, обусловливает снижение точности регулирования при низких выходных давлениях и невозможность использования всего диапазона сжатия пру" жин чувствительного элемента и сед10 ла дпя регулирования выходного давления. Последнее ограничивает эксплуатационный диапазон настройки, Цель изобретения — повышение устойчивости регулятора к автоколебаниям, повышение его точности и расширение диапазона рабочих давле-. ний.
Указанная цель достигается тем; что регулятор давления содержит поршень, замкнутую емкость с вязкой средой, а также охватывающий ее и закрепленный на большей ступени двухступенчатого поршня стакан, на
9266
3 внутренней поверхности которого расположена втулка из ферромагнитного материала, причем в замкнутой емкости, закрепленной на чувствительном элементе поршневого типа, 5 установлен поршень, выполненный в виде цилиндрического постоянного . магнита с каналом, связывающим его торцовые полости, в котором расположен дроссель. 10
Кроме того, регулятор содержит дополнительные пружины, установленные концентрично пружинам, связанным с чувствительным элементом поршневого типа и двухступенчатым поршнем соответственно, и имеющие длину,,меньшую чем указанные пружины.
При колебаниях чувствительного элемента и двухступенчатого поршня (седла) в противофазе (при автоколебательном режиме работы регулятора), имеют место относительные перемещения замкнутой емкости и охватывающего ее стакана. Поршень и втулка, связанные между собой магнитными свя- 25 зями; не перемещаются относительно друг друга. Это вызывает перемещение поршня в емкости, при котором вязкая среда передавливается через канал с дросселем из одной торцовой полости емкости в другую и наоборот. На этом передавливание расходуется энер- гия источника колебаний, колебания подвижных частей регулятора демпфируются. При синхронных колебаниях чувствительного элемента и седла
35 поршень в замкнутой емкости перемещается под действием. сил инерции и рассеивание энергии колебаний имеет место и в этом случае.
При сжатии пружинных устройств (при повышении выходного давления) . пружины включаются поочередно в параллельную работу. По мере увеличения. настроечного давления увеличивается жесткость пружинных устройств.
При этом абсолютная погрешность регулятора увеличивается. Однако относительная погрешность (отношение абсолютной погрешности к настроечному давлению) или остается неизменной
50 или даже уменьшается, что позволяет обеспечить требуемую точность регулирования при повышении давления настройки вплоть до максимального, соответствующего полному сжатию пружинных устройств, При уменьшении выходного давления (уменьшением сжатия пружянных устройств поочередно вы30 1 ключаются из работы пружины, жесткость пружинных устройств уменьшается, абсолютная погрешность регулирования также уменьшается, относительная погрешность или уменьшается, или остается неизменной, но не превышающей .требуемую величину. Это позволяет использовать при эксплуатации для изменения давления настройки весь диапазон сжатия пружинных устройств, следствием чего является значительное расширение диапазона рабочих давлений регулятора, На чертеже схематично представлен регулятор давления, разрез.
Регулятор давления состоит из корпуса 1 с входной 2 и выходной 3 полостями, двухступенчатого поршня (седла1 4, с каналами 5 и 6, нагруженного пружиной g дросселирующего клапана 8, взаимодействующего через толкатель 9 с чувствительным- элементом поршневого типа 10. Поршень 10 нагружен пружиной 11, второй конец которой через тарель 12 взаимодействует с регулировочным винтом 13
Между Ступенями седла и корпуса образована полость 14, в которой размещена пружина 15, поднимающая седло 4 вверх. Торцовая поверхность меньшей ступени седла 4 обращена к входной полости 2, а торцовая поверхность большей ступени - к выходной полости 3. Чувствительный эле-, мент может быть мембранным, На чувствительном элементе 10 со стороны выходной полости 3 закреплена замкнутая емкость 16 с вязкой средой 17 и поршнем 18, выполненным в виде цилиндрического постоянного магнита и разделяющим внутреннюю полость емкости на две торцовые полости 19 и 20, сообщенные между собой каналом 21 с дросселем 22, которые могут быть выполнены как в поршне 18 (как показано на чертеже), так и в стенке емкости 16. На седле
4 неподвижно установлен охватывающий замкнутую емкость 16 стакан 23, на котором закреплена втулка 24 из ферромагнитного материала, связанная магнитными связями с поршнем
18, что может быть осуществлено также и выйолнением втулки 24 в виде постоянного магнита, а цилиндра 18— ,из ферромагнитного материала. 8 обоих случаях поршень 18 подвешен s емкости 16 и занимает среднее положение.
Концентрично пружинам 11 и 15 установлены соответственно пружины.
25 и 26 (по крайней мере две), выполненные меньшей длины, чем пружины
11 и 15, что обеспечивает поочередное включение пружин 11 и 25, 15 и 26 в параллельную работу по мере вворачивания регулировочного винта
13. Последнее может быть обеспечено и выполнением опорных поверхностей для пружин ступенчатыми. При небольшом сжатии пружин (при вворачивании винта 13 на небольшую величину) чувствительный элемент 10 и седло 4 на" гружены соответственно. пружинами
11 и 15. При повышении давления настройки винтом 13 пружины 25 и 26 приходят в контакт соответственно с поршнем 10 и седлом 4 и включаются в работу.
Предлагаемый регулятор давления работает следующим образом.
В исходном положении винт 13 ввернут на небольшую величину. Пружина
11 сжата, поршень 10 опущен вниз и упирается в верхнюю кромку стакана
23, через который усилие пружины
11 через поршень 10 и седло 4 передается пружине 15, усилие сжатия которой равно усилию сжатия пружи. ны 11. Седло 4 также опущено вниз, а пружина 15 сжата. Сжатие пружины 1I и 15 невелико, и пружины 25 и 26 в работу не включены. Дросселирующий клапан 8 поршнем 10 через емкость
16 и толкатель 9 отжат от седла 4 и образует с последним дросселирующую щель. Поршень 18, притягиваясь ко втулке 24, занимает в емкости 16 среднее положение.
5 0
35
55
Газ высокого давления подается через входную полость 2 к клапану
8. В зазоре между клапаном 8 и сед лом 4 гаэ дросселируется и его давление понижается. Газ пониженного давления по каналам 5 и 6 поступает в выходную полость 3 регулятора.
Давление в выходной полости и сила
его воздействия на чувствительный элемент 10 и седло 4 увеличиваются.
Поршень 10 поднимается вверх, сжимая пружину 11, а седло 4 опускается вниз, сжимая пружину 15. Это при" водит к уменьшению проходного сечения между седлом 4 и клапаном 8.
Если выход иэ регулятора закрыт, то при определенном давлении в полости
3, называемом давлением настройки
50 в статике, клапан 8 перекрывает сед. по 4, разобщив входную и выходную полости °
При отборе газа в объем за регулятором выходное давление и сила его воздействия на поршень 10 и седло 4 снижаются. Это приводит к опусканию первого вниз и подъему второго вверх и, следовательно, к открытию клапана 8 и дросселированию газа в образовавшейся щели между клапаном и седлом. Давление в полос" ти 3 снова повышается и при некотором его значении между силами, действующими на подвижную систему регулятора, устанавливается динамическое равновесие, соответствующее определенному расходу газа. Если расход газа изменяется, то новое равновесие наступает при другой величине дросселирующей щели.
При неустойчивой работе регулятора его чувствительные элементы (поршень 10 и седло 4) колеблются, вызывая колебания давления на выходе.
Наиболее опасным режимом работы регулятора является тот,когда поршень
10 и седло 4 колеблются в противофазе, т.е. когда поршень 10 поднимается при колебаниях вверх, а седло 4 при этом опускается вниз. При таком режиме колебаний подвижных частей регулятора стакан 23 с втулкой 24 перемещаются относительно емкости
16, Причем это относительное перемещение складывается иэ перемещений поршня 10 и седла 4. Так как поршень
18 связан магнитными связями со втулкой 24, то при колебаниях поршня 10 и седла 4 имеют место колебания. (перемещения) поршня 18 относительно емкости 16, в результате чего вязкая среда l7 перетекает по каналу 21. с дросселем 22 из полости 19 в полость 20 емкости 16 и наоборот. На это перетекание вязкой среды расходуется (превращением в тепло) энергия источника колебаний. Возникающие колебания подвижных частей быстро демпфируются.
Демпфирующее устройство в предлагаемом регуляторе обеспечивает .значительно (практически в два раза) более высокую демпфирующую способность, так как практически одинаковым с известными решениями весом демпфирующего устройства гасятся колебания двух чувствительных элементов. С другой стороны, в предла5
20. 25
35
45
55
7 9 гаемом регуляторе поршень 18 колеб- лется в вязкой среде с амплитудой, в два раза превышающей амплитуду колебаний инерционного тепла (поршня) известного устройства. При колебаниях поршня 10 и седла в противофазе, обусловливающие колебания величины дросселирующей щели, поршень 18 перемещается в вязкой среде
17 (относительно емкости 16) не только под действием магнитных сил, но и под действием сил инерции..Оба этих воздействия складываются, обуславлиеая большую амплитуду перемещений.поршня 18. Если, например, поршень 10 и седло 4 расходятся, то втулка 24, притягивая к себе поршень
18, тянет последний вниз. В эту же сторону направлена и сила инерции и наоборот.
При синхронных колебаниях поршня
10 и седла 4 (когда направления их движения при колебаниях совпадают) поршень 18 перемещается относительно емкости 16 под действием сил инерции
Демпфирование в таких колебаний такме имеет место в предлагаемом регуляторе давления.
Йеи повышении давления настройки (вео1зачиванием винта 13) пружины 25 и 26 вступают в контакт соответственно с йоршнем 10 и седлом 4, включаясь в работу. При этом жесткость пружинных устройств увеличивается, они могут уравновесить более высокое выходное давление. Верхний предел настроечного давления увеличивается.
Абсолютная погрешность. регулятора при этом также увеличивается, относительная же погрешность или не изменяется или даже уменьшается.
При уменьшении выходного давления расслаблением пружинных устройств составляющие их пружины поочередно выключаются из работы, коэффициенты жесткости их уменьшаются, что обусгкццщрает уменьшение абсолютной погр@щыости работы регулятора и обеспечение неизменной (или даже уменьшенйюй) относительной погрешности регулятора., удовлетворяющей предъявляемым требованиям при любом уменьШемии выходного давления. Уменьше1 ние нижнего и увеличение верхнего пределов регулирования предлагаемо- го регулятора давления обусловлива26630 8 ют значительное расширение диапазона рабочих давлений регулятора.
Предлагаемый регулятор давления газа характеризуется высокой точностью и устойчивостью работы, что достигнуто без заметного усложнения конструкции и без ощутимого увеличения веса. Устойчивость регулятора к автоклебаниям позволяет обеспечить более высокую надежность газоснабжения и повышение надежности работы всей пневмосистемы, подключенной к регулятору.
Расширение диапазона рабочих давлений регулятора создает благоприятные условия для широкой унификации и стандартизации регуляторов, расширяет область их возможного использования. формула изобретения .
1. Регулятор давления по авт.св.
И 741243, о т л и ч а ю щ и и с.я тем, что, с целью повышения устойчивости регулятора к автоколебаниям, он содержит поршень, замкнутую емкость с вязкой средой, а также охватывающий ее и закрепленный на большей ступени двухступенчатого поршня стакан,на внутренней поверхности которого расположена втулка из ферромагнитного материала, причем в замкнутой емкости, закрепленной на чувствительном элементе поршневого типа, установлен поршень, выполненный в виде цилиндрического постоянного магнита с каналом, связывающим его тор,цовые полости, в котором расположен дроссель.
2. Регулятор по п.1, о т л ич а ю шийся тем, что, с целью повышения точности и расширения диапазона рабочих. давлений регулятора, он содержит дополнительные пружины, установленные.концентрично пружинам, связанным с чувствительным элементом поршневого типа и двухступенчатым поршнем соответственно, и имеющие длину меньшую, чем укаэанные пружины.
Источники информации, принятые во внимание при экспертизе.
1. Авторское свидетельство СССР
N 741243, кл. G 05 Р 16/10, 1977 (прототип).
