газовый регулятор давления

Формула изобретения

1. ГАЗОВЫЙ РЕГУЛЯТОР ДАВЛЕНИЯ, содержащий корпус, установленные между его входной и выходной полостями седло с уплотнительной поверхностью и соосно связанный с пружиной клапан, поджатый к уплотнительной поверхности седла, чувствительный элемент с задатчиком усилия, отличающийся тем, что клапан выполнен самоустанавливающимся и имеет форму диска, в корпусе выполнена перегородка с центральным отверстием седла, концентрично которому расположены опорная поверхность и сквозные каналы, чувствительный элемент связан с толкателем, имеющим выступы, установленные в указанных сквозных каналах с возможностью контакта с клапаном, который поджат в сторону опорной поверхности, а геометрические и механические параметры клапана обеспечивают при минимальном усилии T_м на контактном с клапаном диаметре D_т толкателя или на контактном диаметре D_о опорной поверхности прогиб П клапана, замеренный на диаметре D_о, выраженный соотношением



где h максимально возможный зазор между уплотнительными поверхностями клапана и седла при несиловом контакте клапана с опорной поверхностью,

а минимальное усилие принято действующим на диаметре D_т при d_о D_т и на диаметре D_о при D_о < d_т, при этом за минимальное усилие T_м принята разность T_к T_г, где T_к усилие на клапане в направлении седла, T_г усилие, необходимое для герметичного перекрытия седла.

2. Регулятор по п.1, отличающийся тем, что толкатель установлен в центральной выточке, выполненной в чувствительном элементе, а клапан связан с пружиной через держатель, имеющий шарнирное соединение с клапаном.

Описание изобретения к патенту

Изобретение относится к пневмоавтоматике и может быть использовано в пневмосистемах.

Известен затвор клапана, состоящий из штока и держателя, по которому базируется с возможностью самоустановки по седлу рабочий орган. Седло и рабочий орган имеют уплотнительные и опорные поверхности. Компенсация прогибов седла в этом устройстве осуществляется за счет упругости опорных элементов на седле [1]

Недостатком устройства применительно к регулятору давления является повышенное усилие герметизации седла за счет предварительного прогиба упругих элементов, после чего начинается процесс герметизации уплотнительных поверхностей. При этом точность регулирования при переходе из расходного режима в безрасходный снижается.

Известен затвор клапана, на рабочем органе и седле которого имеются опорные и уплотнительные поверхности. Для компенсации прогибов седла опорные поверхности седла или рабочего органа смещены параллельно уплотняющим поверхностям [2]

Кроме трудностей получения параллельного смещения поверхностей технологического порядка, имеется функциональный недостаток устройства. Полученное максимальное смещение опорных поверхностей, в случае малых прогибов седла, например при работе на малых давлениях, может снизить эффект самоустановки клапана по седлу, т.е. смещение окажется избыточным и герметизации по уплотняющим поверхностям будет не полной, или при увеличенном усилии герметизации. Это применительно к регуляторам давления снизит точность регулирования при переходе из расходного режима в безрасходный.

Известен регулятор давления (прототип), содержащий корпус, установленные в нем между входной и выходной полостями седло с уплотнительной поверхностью и соосно связанный с пружиной клапан, поджатый к уплотнительной поверхности седла, чувствительный элемент с задатчиком усилия [3]

Расположение в этом регуляторе опорных и уплотнительных поверхностей в одной плоскости обуславливает даже при идеальной плоскостности, кроме усилия герметизации уплотнительной поверхности, значительное усилие на опорных поверхностях в безрасходном режиме и, следовательно, значительную разницу выходного давления при переходе из расходного режима в безрасходный. Ситуация усугубляется, когда отклонения от плоскостности поверхностей таковы, что уплотнительные поверхности не контактируют и между ними может быть зазор, или контактируют с малыми удельными давлениями, а все усилие или основная часть его распределены по опорным поверхностям. Разобщение входной и выходной полостей становится негерметичным и выходное давление будет недопустимо возрастать, т.е. точность регулирования выходного давления может оказаться недостаточной.

Технический результат изобретения повышение точности регулятора.

Технический результат достигается тем, что клапан выполнен самоустанавливающимся и имеет форму диска. В корпусе выполнена перегородка с центральным отверстием седла, концентрично которому расположены опорная поверхность и сквозные каналы. Чувствительный элемент связан с толкателем, имеющим выступы, установленные в указанных сквозных каналах с возможностью контакта с клапаном, который поджат в сторону опорной поверхности. Геометрические и механические параметры клапана обеспечивают при минимальном усилии Т_м на контактном с клапаном диаметре D_т толкателя, или на контактном диаметре D_о опорной поверхности прогиб П клапана, замеренный на диаметре D_o, выраженный соотношением

1, где Н максимально возможный зазор между уплотнительными поверхностями клапана и седла при несиловом контакте клапана с опорной поверхностью, а минимальное усилие принято действующим на диаметре D_т при D_o D_т, и на диаметре D_o при D_o < D_т.

При этом за минимальное усилие Тм принята разность

Т_м Т_к-Т_г, где Т_к усилие на клапане в направлении седла;

Т_г усилие, необходимое для герметичного перекрытия седла.

Кроме того, толкатель установлен в центральной выточке, выполненной в чувствительном элементе, а клапан связан с пружиной через держатель, имеющий шарнирное соединение с клапаном.

Обоснование существенности отличительных признаков следующее.

Выполнение клапана в форме дискового элемента обеспечивает его симметричный прогиб, а изменением толщины и диаметра диска с учетом его механических свойств возможно получение нужного прогиба.

Выполнение клапана самоустанавливающимся способствует его предварительной установке параллельно опорной поверхности и уплотнительной поверхности седла и дальнейшей его работе в пределах прогиба.

Центральное расположение седла с его уплотнительной поверхностью и концентрично ей и, следовательно, периферийное расположение опорной поверхности наряду с направлением поджатия клапана в сторону опорной поверхности обуславливают прогиб клапана и его направленность.

Прогиб при минимальном усилии Т_м необходим для исключения силового контакта клапана с опорной поверхностью и гарантированного перекрытия седла в безрасходном режиме.

Соотношение количественно отражает условие гарантированного перекрытия седла в безрасходном режиме.

Действие силы Тм принято на диаметре D_т при D_o D_т с тем, что при соблюдении соотношения седло останется перекрытым в безрасходном режиме и после снятия задающего усилия на чувствительном элементе. При D_o < D_т расчет прогиба П следует проводить в предположении усилия Т_м по диаметру D_o. В этом случае реальный прогиб от усилия толкателя, приложенного по диаметру D_т, будет над контактным диаметром D_o заведомо несколько большим минимально необходимого.

Выступы на толкателе и их размещение в каналах перегородки позволяют, сохранив перегородку в корпусе, имеющую свое назначение, осуществить связь клапана с чувствительным элементом.

Установка толкателя в выточке на чувствительном элементе повышает преимущество устройства за счет исключения трения толкателя в отличие от варианта базирования толкателя в корпусе по подвижной посадке.

Шарнирное соединение клапана с толкателем конкретное конструктивное средство выполнения клапана самоустанавливающимся. Технический результат повышение точности регулятора получается за счет того, что стабилизируется и уменьшается усилие герметизации седла, что уменьшает ошибку регулирования при переходе из расходного режима в безрасходный.

Опытная проверка показала хорошую герметичность регулирующей пары клапан-седло и возможность выполнения седла и опорных поверхностей за одно целое с корпусом в его внутренних полостях, когда возможности доводки геометрии седла ограничены и когда возможен износ уплотняющей поверхности седла в процессе эксплуатации.

На фиг. 1 изображен общий вид регулятора, исходное положение; на фиг.2 элементы седла, толкателя и клапана в безрасходном режиме регулирования; на фиг.3 разрез А-А на фиг.2; на фиг.4 зазор Н при несиловом (без прогиба) контакте клапана с опорными поверхностями и в предположении, что клапан идеально плоский; на фиг. 5 самоустанавливающийся клапан при ненагруженной на чувствительном элементе пружине и изгиб клапана, компенсирующий зазор Н.

Регулятор состоит из корпуса 1 с входной 2 и выходной 3 полостями, между которыми установлено седло с уплотнительной поверхностью И. Седло выполнено в виде кольцевого элемента 4, выточенного в перегородке корпуса 1, центральное отверстие которого является отверстием седла, концентрично которому расположена опорная поверхность К кольцевого элемента 5. Регулятор содержит клапан 6, чувствительный элемент в виде поршня 7, связанного с задатчиком усилия пружиной 8 и через толкатель 9 и его выступы 10, установленные в сквозных каналах Г, с возможностью контакта с клапаном 6. Держатель 11 шарнирно связан конической поверхностью с клапаном 6, поджатым пружиной 12 через его центральную часть к опорной поверхности К. Клапан 6 имеет плоскую поверхность Б, уплотнительная поверхность И седла и опорная поверхность К номинально (без учета деформации и неплоскостности) совмещены в плоскую поверхность В. Кольцевой элемент 5 имеет вырезы, образующие кольцевые выступающие элементы 13. Толкатель 9 сбазирован выточкой Д и имеет осевой выступ 14 с контактной поверхностью Ж.

Газовый регулятор работает следующим образом.

В исходном положении регулятора пружина 8 не нагружена, выступы 10 не оказывают силового воздействия на клапан 6 и он при возможном начальном зазоре Н под усилием пружины 12 может деформироваться и контактировать с уплотняющей И и опорной К поверхностями, т.е. самоустанавливаться по седлу.

При подаче входного давления во входную полость 2 поджатие клапана 6 к уплотняющей И и опорной К поверхности сохраняется, а сила контакта с поверхностью И оказывается все еще достаточной для уплотнения.

Когда во входную полость 2 подано максимальное входное давление, пружина 8 сжата для получения требующегося выходного давления, но запорный элемент на выходе регулятора закрыт (безрасходный режим), усилие толкателя на клапан 6 будет минимальным и равным усилию пружины 12 за вычетом усилия от входного давления на клапан 6 и автоматически устанавливающегося усилия герметизации уплотняющей поверхности И. В этом случае клапан будет иметь прогиб П.

Когда запорный элемент на выходе открыт и потребитель отбирает газ через регулятор, давление в выходной полости 3 несколько понижается. Поршень 7, реагируя на это понижение, воздействует через толкатель на клапан 6, прогиб клапана несколько увеличивается, усилие герметизации с поверхности И снимается и клапан 6 перемещается от седла. Через образовавшийся кольцевой зазор приток газа из входной полости 2 компенсирует его отток из выходной полости 3 выходное давление автоматически поддерживается постоянным.

В регулируемом расходном режиме прогиб клапана 6 будет хотя и несколько увеличенным, но остается в пределах упругих деформаций и при переходе в безрасходный режим вновь примет значение П.

Таким образом, клапан в безрасходном режиме, компенсируя прогибом зазор между уплотнительными поверхностями клапана и седла, обеспечивает надежное перекрытие седла при минимальной потере усилия в процессе герметизации, что в конечном счете повышает точность регулятора.