Главная страница  |  Описание сайта  |  Контакты
ГАЗОВЫЙ РЕГУЛЯТОР ДАВЛЕНИЯ
ГАЗОВЫЙ РЕГУЛЯТОР ДАВЛЕНИЯ

ГАЗОВЫЙ РЕГУЛЯТОР ДАВЛЕНИЯ

Патент Российской Федерации
Суть изобретения: Изобретение относится к автоматическому регулированию и может быть использовано в пневматических системах различного назначения. Технический результат изобретения - расширение диапазона выходных давлений в сторону его нижних значений. Регулятор имеет корпус 1 с входной 2 и выходной 3 полостями, разделенными первым клапаном 5. Первый чувствительный элемент в виде ступенчатого поршня 6 и второй чувствительный элемент - поршень 10, связанные с вторым 15 и третьим 19 клапанами, обуславливают реакцию на выходное давление и путем заполнения-опоражнивания полостей обеспечивают коррекцию выходного давления и точное регулирование. Соотношение конструктивных параметров дает возможность получить минимально возможное выходное давление, а по формуле можно определить его величину. Технический результат изобретения достигается использованием при проектировании указанных соотношений и формулы. 1 ил.
Поиск по сайту

1. С помощью поисковых систем

   С помощью Google:    

   С помощью Яндекс:  

2. Экспресс-поиск по номеру патента


введите номер патента (7 цифр)

3. По номеру патента и году публикации

2000000 ... 2099999   (1994-1997 гг.)

2100000 ... 2199999   (1997-2003 гг.)
Номер патента: 2018909
Класс(ы) патента: G05D16/10
Номер заявки: 5039264/24
Дата подачи заявки: 22.04.1992
Дата публикации: 30.08.1994
Заявитель(и): Расчетнов Николай Николаевич
Автор(ы): Расчетнов Николай Николаевич
Патентообладатель(и): Расчетнов Николай Николаевич
Описание изобретения: Изобретение относится к автоматическому регулированию и может быть использовано в пневмосистемах различного назначения.
Известен регулятор давления газа, содержащий корпус с размещенным между входной и выходной полостями первым клапаном, первый чувствительный элемент в виде установленного в корпусе ступенчатого поршня, меньшая ступень которого связана с первым клапаном и образует с большей ступенью и корпусом первую полость, которая сообщена через дроссель с атмосферой. Имеются второй чувствительный элемент в виде поршня, нагруженного пружиной задания, и вторая полость, которая сообщена с выходной полостью и через второй клапан с первой полостью. Причем поршень размещен во втулке, установленной в корпусе между поршнем и большей ступенью ступенчатого поршня и снабженной седлом второго клапана, который размещен в поршне, вторая полость образована поршнем и втулкой, в которой выполнено седло третьего клапана, размещенного во втулке, которая образует с большей ступенью ступенчатого поршня третью полость. При этом вторая и третья полости сообщены через третий клапан, а в исходном положении втулка контактно связана с поршнем и большой ступенью ступенчатого поршня, третий клапан отжат от своего седла поршнем, а соединение третьего клапана со своим седлом в положении их контакта выполнено с гарантированной негерметичностью.
Перечисленные выше существенные признаки прототипа обеспечивают повышенную точность регулятора, но имеется неопределенность нижнего значения выходного давления, а вместе с тем и установления диапазона выходных давлений.
Технический результат изобретения - расширение диапазона выходных давлений в сторону нижних значений путем предложения соотношений конструктивных параметров регулятора, обуславливающих получение минимальных выходных давлений, и формулы, определяющей само значение минимального выходного давления, т. е. совокупность признаков по первому пункту формулы дополнена следующими новыми существенными признаками. Имеются соотношения
≥ 1,, где Δ F - эффективная кольцевая площадь ступенчатого поршня, воспринимающая давление в третьей полости;
Fв - эффективная площадь втулки,
≥ 1,, где hи - отжатие первого клапана в исходном положении;
hкр - критическое (минимально допустимое) отжатие первого клапана, при котором с учетом сопротивления выходной магистрали устанавливается критическое выходное давление Ркр, достаточное воздействием на площадь Δ F для поддер- жания hкр, и (Tкр+ KX) ≥ 1,, где Тн и Ткр - усилия на первом клапане соответственно в расходном регулируемом режиме и при отжатии клапана на величину hкр;
К - жесткость пружины задания;
Х - суммарное сжатие пружины задания при перемещении втулки от положения, соответствующего hкр, до упора в корпус и второго чувствительного элемента из положения упора во втулку до положения, соответствующего началу перемещения второго клапана;
F2 - площадь второго чувствительного элемента, причем меньшие значения соотношений соответствуют меньшим значениям выходного давления, а само минимальное значение выходного давления Рн.мин определяется по формуле
Pн.мин= ..
Вывод соотношений параметров и формулы минимального выходного давления.
Силы трения при выводе не выделяются. Предполагается их учет с соответствующими знаками как составляющих рассматриваемых сил.
Условимся, что процесс выхода регулятора из исходного положения на режим регулирования с выходным давлением настройки Рн осуществляется при сопротивлении выходной магистрали (например, при установке расходной шайбы), обеспечивающем максимально допустимый расход газа.
Технический результат изобретения - расширение диапазона выходных давлений в сторону его нижних значений.
В исходном положении регулятора (регулятор настроен, но входное давление не подано) должно быть некоторое минимально необходимое Rипружины задания, при котором первый клапан может быть отжат на величину hи при условии на нем Ти = Rи.
Существует некоторое минимально допустимое значение отжатия hкр(критическое), при котором при подводе выходного давления в выходной полости может быть некоторое минимальное давление Ркр, способное воздействием на эффективную площадь ступенчатого поршня ΔF удержать ступенчатый поршень, а с ним и первый клапан с его отжатием hкр. Значение hкр соответствуют и Ткр = Rкр. hкр рассчитывают по известным формулам с учетом расхода газа.
Таким образом, первым условием для осуществления процесса выхода регулятора на режим регулирования является соотношение
≥ 1. (1)
Вторым условием выхода регулятора на режим регулирования с давлением Рн является силовое воздействие втулки на ступенчатый поршень, по крайней мере, до возрастания давления до значения Ркр, т.е. Pкр˙ΔF≥PкрFв или ≥ 1 (2) где Fв - эффективная площадь втулки.
Причем из условий работы регулятора (втулка при Рн должна переместиться до упора в корпус) должно быть Fв ≥F2 (3) где F2 - площадь второго чувствительного элемента.
Дальнейшее перемещение первого клапана на величину
Δh = hн - hкр, где hн - ход клапана, соответствующий давлению Рн и усилию на клапане Тн, осуществляется с увеличением усилия на первом клапане на величину ΔТ = Тн - Ткр.
Выходное давление при этом увеличивается на величину ΔР = Рн - Ркр.
Приняв линейную зависимость Δ Р и Δ Т от Δ h, записывают условие достаточности усилия от добавочного давления ΔP для отжатия первого клапана на величину Δh, т.е. до усилия Тн:
ΔP˙ΔF≥ΔT,(4)
Так как ΔР = Рн - Ркр и Pн= ,, где Rн - усилие пружины задания при Pн;
Pкр= ,то выражение(4) можно записать
- F ≥ ΔT.. (5)
Так как Rн = Rкр + К (Хв + Х2), где Хв - перемещение втулки из положения, соответствующего hкр, до упора в корпус (в направлении сжатия пружины задания);
Х2 - перемещение второго чувствительного элемента из положения упора во втулку в положение, соответствующее началу перемещения второго клапана;
Rкр = Ткр, то при обозначении Хв + Х2 = Х, выражение (5) принимает вид
- F ≥ ΔT
или
(Tкр+KX) - Tкр≥ ΔT ..
С учетом Δ Т + Ткр = Тн окончательно записывают
(Tкр+KX) ≥ 1. (6)
Соотношение (3) - общее условие для любого диапазона выходных давлений. Соотношения (1), (2) и (6) необходимо учитывать при проектировании, решая задачу расширения диапазона выходных давлений в сторону его низших значений.
Из соотношения (1) следует, что при hи > hкр, первый клапан отжат в исходном положении с избытком за счет излишнего усилия пружины задания, что в регулируемом режиме дает Rн и Рн больше минимально возможного. Знак равенства в соотношении соответствует минимальному Рн.
Из соотношения (2) следует, что по достижении в выходной и третьей полостях давления Ркр ступенчатый поршень, имеющий возможность перемещаться без силового воздействия втулки, продолжает при Fв < Δ F испытывать это воздействие, т. е. усилие задающей пружины и Рн увеличены. Знак равенства в этом соотношении также соответствует минимальному Рн.
Выражение (4), из которого выведено соотношение (6), имеет в левой части множитель ΔР. Его уменьшению (Рн = Ркр + Δ Р) соответствует уменьшение Рн, и знак равенства в соотношениях (4) и (6) соответствует минимальному Рн.
Таким образом, меньшие значения соотношений (1), (2) и (6) соответствует большему техническому результату.
Проектирование целесообразно начинать с назначения усилия на первом клапане, исходя из требуемого усилия герметизации, возможно с учетом динамики, определения Δ hкр и выбора F2. Далее с учетом соотношений (2), (3) и (6) назначают Fв, ΔF.
Само минимальное значение Рн.мин определяется следующим образом.
Минимально возможное усилие Rн пружины сжатия
Rн.мин = Ткр + КХ.
Минимальное давление настройки
Pн.мин= или
Pн.мин= .. (7)
Используя соотношения (1), (2) и (6), можно расширять диапазон выходных давлений регулятора, а по формуле (7) определить минимально возможное давление настройки.
Газовый регулятор давления схематично изображен на чертеже.
Регулятор содержит корпус 1 с входной 2 и выходной 3 полостями, разделенными седлом 4 с первым клапаном 5, первый чувствительный элемент в виде ступенчатого поршня 6, меньшая ступень которого связана через шток 7 с первым клапаном и образует с большей ступенью и корпусом первую полость 8, соединенную через дроссель 9 с атмосферой, второй чувствительный элемент в виде поршня 10, размещенного во втулке 11, образующего с ней вторую полость 12 и нагруженного пружиной 13 задания. Вторая полость 12 сообщена через седло 14 и расположенный в поршне 10 второй клапан 15, через канал 16 в переходнике 17 с первой полостью 8. Втулка 11 образует с большей ступенью поршня 6 третью полость 18, с которой через третий клапан 19 с седлом 20 сообщена вторая полость 12. Каналом 21 вторая полость 12 сообщена с выходной полостью 3. Контакт клапана 19 с седлом 20 выполнен с гарантированной негерметичностью.
Площадь Fв втулки 11 показана условно. Для определения эффективной площади Fв следует учесть площадь переходника 17.
Регулятор работает следующим образом.
В исходном положении втулка 11 поджата к поршню 6 пружиной 13 задания через поршень 10. Первый клапан 5 отжат от седла 4 поршнем 6 через шток 7 в частном случае на величину hкр. Клапан 19 отжат от седла 20 поршнем 10, а клапан 15 поджат к седлу 14 пружиной с зазором Х2относительно жесткого упора в поршне 10. Втулка 11 имеет ход Хв в направлении сжатия пружины 13 задания.
При подаче среды во входную полость 2 и при соответствующих сопротивлении выходной магистрали и отжатия клапана (hкр) в выходной 3, второй 12 и третьей 18 полостях давление начинает возрастать до некоторой критической величины Ркр. При этом давлении поршень 6 может при незаполненной первой полости 8 уже без воздействия втулки 11 перемещаться, дополнительно отжимая первый клапан 5. При этом давление в полостях 3, 12 и 18 возрастает до требующегося давления настройки Рн, при котором втулка 11 и поршень 10 перемещаются на величины Хв и Х2соответственно и в зависимости от величины давления Рн возможно открывание седла 14 и некоторое заполнение первой полости 8.
При исходном отжатии первого клапана 5 на величину hкр, при соотношениях (1), (2) и (6), равных единице, и при минимальных Хв и Х2выходное давление Рн будет минимально возможным.
В установившихся режимах работы в общем случае выходное давление поддерживается стабильным за счет реакции на выходное давление поршней 6 и 10, возможных подпитки и опораживания первой полости 8 и автоматического перемещения первого клапана 5 при этом. Некоторые изменения выходного давления в установившемся процессе отслеживаются и в третьей полости за счет гарантированной негерметичности уплотнения седла 20 клапаном 19.
Формула изобретения: ГАЗОВЫЙ РЕГУЛЯТОР ДАВЛЕНИЯ, содержащий корпус с размещенным между входной и выходной полостями первым клапаном, первый чувствительный элемент в виде установленного в корпусе ступенчатого поршня, меньшая ступень которого связана с первым клапаном и образует с большей ступенью и корпусом первую полость, которая сообщена через дроссель с атмосферой, второй чувствительный элемент в виде поршня, нагруженного пружиной задания, и вторую полость, которая сообщена с выходной полостью и через второй клапан - с первой полостью, причем поршень размещен во втулке, установленной в корпусе между поршнем и большей ступенью ступенчатого поршня и снабженной седлом второго клапана, который размещен в поршне, вторая полость образована поршнем и втулкой, в которой выполнено седло третьего клапана, размещенного во втулке, которая образует с большей ступенью ступенчатого поршня третью полость, при этом вторая и третья полости сообщены через третий клапан, а в исходном положении втулка контактно связана с поршнем и большей ступенью ступенчатого поршня, третий клапан отжат от своего седла поршнем, а соединение третьего клапана со своим седлом в положении их контакта выполнено с гарантированной негерметичностью, отличающийся тем, что конструктивные параметры назначены в соответствии с соотношениями
ΔF / Fв ≥ 1 ,
где ΔF - эффективная площадь ступенчатого поршня, воспринимающая давление в третьей полости;
Fв - эффективная площадь втулки,
hи / hкp ≥ 1 ,
где hи - отжатие первого клапана в исходном положении;
hкр - критическое (минимально допустимое) отжатие первого клапана, при котором с учетом сопротивления выходной магистрали устанавливается критическое выходное давление Pкр, достаточное воздействием на площадь ΔF для поддержания hкр;
(Tкр+ KX) ≥ 1,,
где Tн, Tкр - усилия на первом клапане соответственно в расходном регулируемом режиме и при отжатии клапана на величину hкр;
K - жесткость пружины задания; X - суммарное сжатие пружины задания при перемещении втулки от положения, соответствующего hкр, до упора в корпус и второго чувствительного элемента из положения упора во втулку до положения, соответствующего началу перемещения второго клапана;
F2 - площадь второго чувствительного элемента,
причем меньшие значения соотношений соответствуют меньшим значениям выходного давления, а само минимальное значение выходного давления Pнmin определяется по формуле
Pн min = (Tкp + K˙X) / F2 .