Регулятор давления газа

 

Союз Советски к

Социапистическим

Республик (6I ) Дополнительное к авт. свив-ву— (22)Заявлено 22.08,80 (21) 2977120/18-24 с присоединением заявки,%— (23) Приоритет

Опубликовано 23.05,82.,Бюллетень М 19 (S1}M. Кл.

G 05 D 16/10

Гесудерствзниы5 квиитвт

СССР по делам нмбриеник и аткрыткк (53} УДК621.646. . 3 (088. 8) Дата опубликования описания 23.05.82

5" аа

1 т

3 (72) Автор изобретения

Н. Н. Расчетнов! (7I) Заявитель (54) РЕГУЛЯТОР ДАВЛЕНИЯ ГАЗА

Изобретение относится к пневмоав томатике и может быть использовано в пневмосистемах.

Известен регулятор давления, состоящий из корпуса с входной и выходной полостями, дросселирующей металлической пары затвор-седло с парал-. лельными уплотняющими поверхностями, причем затвор связан через толкатель с чувствительным элементом (1J .

Регулятор имеет тот недостаток, что седло может деформироваться (прогибаться) как при закреплении, так и под воздействием рабочей среды. Вследствие прогиба седла получается незна15 чительное искажение плоскостности его уплотняющей поверхности, Причем отклонение от плоскости от воздействия, например, входного давления таково, что контактные давления на уплотняющих поверхностях седла и затвора получаются увеличенными .с стороны входной полости и уменьшенными с стороны полости выходной. Такое распределение контактных давлений приводит к нежелательному процессу регулирования в малорасходном режиме, заключающемуся в следующем.

Малорасходный режим регулирования осуществляется не при постоянном м,— лом зазоре между затвором и седлом, а при периодическом открытии-закрытии седла, из-за сил трения подвижной системы, газодинамических силовых добавок, запаздывания подвижной системы и связанного с ним перенаполнения выходной полости, т. е. в малорасходном режиме, особенно для многорасходных регуляторов с увеличенными силами трения и диаметрами седел, непрерывное регулирование заменяется импульсным. Важным фактором, усиливающим импульсный характер регулирования и амплитуду колебаний выходного давления, является переменность усилия на затворе s процессе герметизации-разгерметизации седла. В первую очередь переменность усилия на зат3 930290 воре обусловлена переменностью давления рабочей среды на уплотняющих поверхностях при загерметизированном и разгерметизнрованном седле. Если еедло прогнуто таким образом, что имеет место уменьшение контактных давлений затвора на седло в сторону выходной полости, то .герметичность контакта определяется давлениями по уплотняющей кольцевой поверхности с 10 стороны входной полости. По остальной ширине уплотняющей поверхности седла имеют место уменьшенные контактные давления. В этой зоне, кроме реакций седла, на затвор будет воздействовать 15 среда с выходным давлением, так как уменьшенные контактные давления не способны обеспечить полной герметич-. цасти и выходное давление и давление среды в микро- макрозонах уплотняющих g0 поверхностей выравниваются, После разгерметизации седла входная и выходная полость сообщены. По всей ширине уплотняющей поверхности седла начинает действовать давление среды, среднее д значение которого промежуточное между . входным и выходным давлениями. После герметизации седла (по наружной кольцевой зоне) на большей части уплотняющей поверхности вновь устанавливается 0 давление среды, равное выходному давлению.

Таким образом, процесс герметизации и разгерметизации седла сопровождается появлением и снятием газодинамической силовой добавки на затворе регулятора и колебаниями выходного давления, Процесс колебаний усугубляется, тем, что воздействие силовых добавок нелинейно, не пропорционально расходу газа через седло.

Наиболее близким по технической сущности к данному изобретению является газовый редуктор прямого действия, состоящий из корпуса с входной и выходной полостями, чувствительного элемента, связанного с металлической дросселирующей парой "затвор-седло" с номинально параллельными уплотняющими поверхностями. На корпусе имеет50 ся торцовая поверхность, по которой базируется седло $2J .

Н— s

Этому газовому редуктору присущи те же недостатки, что и описанному вы. ше клапану. В малорасходном режиме он работает в автоколебательном режиме, так как имеют место прогибы седла, связанные е неплоскостностью и деформацией базирующих элементов, которые приводят к нежелательному распределению контактных давлений на седло и затворе. При теоретически возможной полной параллельности уплотняющих поверхностей, существенная нелинейность характеристики "затвор-седло" хотя и уменьшается, но будет оставаться, отрицательно сказываясь на процесс регулирования. Точность регулирования рассмотренных известных устройств и особенно регуляторов с усилителями,в малорасходном режиме не высока и в основном определяется разницей максимального и минимального значений выходного давления в процессе автоколебаний.

Цель изобретения — повьпйение точности регулятора давления путем устранения автоколебаний в малорасходном режиме.

Указанная цель достигается тем, что регулятор давления газа, содержащий корпус с входной и выходной полостями, с установленным в нем чувствительным элементом, связанным толкателем с расположенным в входной полости клапаном, содержит шайбу, в центральном отверстии которой расположен толкатель, причем на одном торце шайбы выполнено седло клапана, а на другом — кольцевой выступ, торцовая поверхность которого вместе с периферийным участком. торцовой поверхности шайбы связаны с торцовой поверхностью корпуса, при этом высота кольцевого выступа равна где Н вЂ” высота кольцевого выступа, мм;

К вЂ” 1,2 10 -8,5 10 коэффициент пропорциональности;

D — наружный диаметр шайбы, мм;

d — диаметр центрального отверстия, мм;

$ — ширина уплотняющей поверхности седла, мм.

На фиг. 1 изображен предлагаемый регулятор; на фиг. 2 — узел I на фиг. 1.

Регулятор давления газа состоит из корпуса 1 с входной 2 и выходной

3 полостями и торцовой поверхностью

4, чувствительного элемента — поршня

5, нагруженного пружиной 6 и передающего через толкатель 7 воздействие

930290 на клапан 8, перекрывающий (открывающий ) седло 9, выполненного на одной торцовой поверхности шайбы 10, имеющей кольцевой выступ 11 на другой торцовой поверхности 12, преднаяна- 5 ченный для создания осевого принуди1 тельного прогиба шайбы и обеспечения расхождения уплотняющей поверхности седла относительно уплотняющей поверхности клапана. Крышка 13, образующая с корпусом входную полость, поджимает периферийную зону базирующей поверхности седла к торцовой поверхности 4 при подтягивании резьбового соединения крышки с корпусом !. >5

Регулятор давления газа работает следующим образом.

В исходном положении поршень 5 под воздействием пружины 6 поджат к корпусу 1. Клапан 8 при этом отжат 2О от седла 9 толкателем 7.

При подводе рабочей среды во входную полость 2, среда через кольцевой зазор между клапаном 8 и седлом 9 поступает в выходную полость 3. По ме- 25 ре возрастания данпения в полости 3 поршень 5 начнет перемещаться в направлении сжатия пружины 6, а клапан

8 будет приближаться к седлу 9. 3азор между клапаном и седлом и приток ЗО среды в выходную полость 3 будет уменьшаться. При соответствующих притоке и оттоке среды давления в выходной полости 3 стабилизируется, а его величина определяется степенью.нагружения регулировочной пружины 6, В малорасходном режиме, т. е. при периодических малом открытии и перекрытии седла, связанных с нелинейностями звеньев регулятора, регулирование осуществляется следующим образом.

При посадке клапана 8 на седло 9 контактные давления по уплотняющей.поверхности седла, вследствие ее расхож-дения из-за принудительного прогиба шайбы с седлами, распределяются неравномерно. Увеличенные. давления возникают с стороны выходной полости, ауменьшенные со стороны полости входной. Герметичное разобщение входной и выходной полости осуществляется зоной. Герметичное разобщение входной и выходной полости осуществляется зоной максимальных контактных давлений, а со стороны входной полости, вследствие

55 уменьшенных и возможно нулевых контактных давлений, на клапан действует еще и среда под входным давлением; По мере отбора среды и уменьшения давления в выходной полости поршень 5 через толкатель 7 воздействует на клапан

8, сначала уменьшая контактные давления на клапане и седле, затем отжимая клапан от седла до появления малого кольцевого зазора и расхода среды.

Процесс разгерметизации седла сопровождается нарастанием скорости потока по уплотняющим поверхностям и уменьшением давления среды до некоторого промежуточного значения. Усилие на клапане в направлении его отжатия от седла уменьшается. Это потребует дополнительного усилия на клапане со стороны поршня 5, медленно развиваемого поршнем по мере опоражнивания выходной полости. Аналогичный процесс, но с противоположным изменением усилий на клапане 8 и поршне 5, осущест- вляется при уменьшении .;ольцевого зазора между клапаном и седлом.

При выбранном прогибе шайбы с седлом, когда уплотняющая поверхность седла относительно уплотняющей поверхности клапана имеет расхождение с стороны входной полости, неуправляемые отжатие и поджатие клапана к седлу и автоколебания регулятора исключаются, точность регулятора повышается.

Иными словами. в предлагаемом регуляторе существует отрицательная обратная связь на клапане по eFo перемещению. Наибольший положительный эффект получается при использовании предлагаемого решения в астатических регуляторах, когда имеется достаточный запас по коэффициенту усиления, но регулятор весьма чувствителен к различного рода нелинейностям и положительным связям.

Дополнительным эффектом в рассмотренном устройстве является повышение точности регулирования за счет благоприятного условия самоустановления клапана по мере его подхода к седлу.

Этот эффект обусловлен получающейся разницей промежуточных давлений и усилий на клапане в двух диаметрально противоположных зонах (зоны меньшего и большего зазора между клапаном и седлом). При этом происходит предварительное, автоматическое самовыравнивание клапана относительно седла в пределах радиальных зазоров в направлениях.

Расхождение уплотняющей поверхности седла не может быть принято зна- чительным, приближающим профиль седла к ножевому типу с узкой перенаФормула изобретения

7 9302 пряженной зоной уплотнения. Вместе с тем уменьшение расхождения может привести .к неопределенности расположения зоны максимальных контактных давлений, к ее смещению. Расхождение уплотняющей поверхности седла, полученное путем принудительного прогиба при контакте по периферийной зоне и по кольцевому уступу с корпусом, наиболее стабильно в условиях изменяющих- ie ся сил на седле в процессе работы.

Расхождение уплотняющей поверхности седла относительно уплотняющей поверхности затвора со стороны входной полости и в соответствии с экспериментальной зависимостью позволяет получить положительный эффект— повышение точности регулятора путем исключения автоколебаний в малорасходном режиме. 2О

Использование изобретения позволит значительно повысить точность регулирования давления в пневмосистемах, в том числе в режиме подпитки емкостей.

Регулятор давления газа, содержащий корпус с входной и выходной полостями, с установленным:в нем чувствительным элементом, связанным тол- 36 кателем с расположеннъж в входной полости клапаном, о т л и ч а ю щ и й90 8 с я тем, что, с целью повышения точности регулятора путем устранения автоколебаиий в малорасходном режиме, он содержит шайбу, в центральном отверстии которой расположен толкатель, причем на одном торце шайбы выполнено седло клапана, а на другом " кольцевой выступ, торцовая поверхность которого вместе с периферийным участком торцовой поверхности шайбы связаны с торцовой поверхностью корпуса, при этом высота кольцевого выступа равна где Н вЂ” высота кольцевого выступа, К вЂ” 1,2 10 -8,5 10 — коэффици-7 ент пропорциональности;

D — наружный диаметр шайбы, мм;

Й вЂ” диаметр центрального отверстия шайбы, мм;

Б — ширина уплотняющей поверхности седла, мм.

Источники информации, принятые во внимание при экспертизе

1. Авторское свидетельство СССР

И 418668, кл. G 05 Р 16/10, 1971.

2, Авторское свидетельство СССР

11 314960, кл, G 05 D 16/10, 1969 (прототип).

930290

Тираж 908 Подписное

ВНИИПИ Государственного комитета СССР по делам изобретений и открытий

113035, Москва, Ж-35, Раушская наб., д. 4/5

Заказ 3471/64

Филиал ППП "Патент", г. Ужгород, ул. Проектная, 4

Составитель Л. Подшибихин

Редактор А. Шандор Техред Т.Маточка Корректор И. Муска