Регулятор давления

(и) 769507 ОПИСАНИЕ ИЗОБРЕТЕНИЯ К АВТОРСКОМУ СВИДЕТЕЛЬСТВУ Союз Советских Социалистических Респуолик(23) Приоритет К; зС 05 Р 16 осударс 1 оаннын комитет СССР по дедам изобретений н открытий(45) Дата опубликова исания 07.10.80. Ладензон и И. Н. Дехтя научно-исследовательский и проектно-конструкторскийпромышленных гидроприводов и гидроавтоматики 4) РЕГУЛЯТОР ДАВЛЕ Изобретение относится к гидроаппаратуре объемного промышленного гидропривода, а именно к регулирующим устройствам, предназначенным для снижения давления в магистрали, связанной с выходной полостью, по сравнению с давлением в магистрали, связанной с входной полостью, и может быть использовано в гидрофицированных машинах различных отраслей техники.Известны регулирующие устройства с серводействием, содержащие входную и выходную полости, разделяемые перемычкой, клапан с механизмом настройки и подпружиненный плунжер с расположенным в выходной полости консольным рабочим пояском, Кромка зтого пояска в сопряжении с кромкой перемычки образует переменный дроссель на пути основного потока рабочей жидкости 1) .Наиболее близким по технической сущности к изобретению является регулятор давления, содержащий корпус с установленным в нем регулирующим органом в виде подпружиненного плунжера, надплунжерная полость которого соединена каналом с выходной полостью и через клапан со сливом 21,Недостатком известного регулирующего устройства является то, что статическая ха(71) Заявитель Всесоюзнь институрактеристика, представляющая собой зависимость редуцированного давления от величины потока и от разности между подводимым и редуцированным давлениями, из-за наличия осевой составляющей реактивной гидродинамической силы, неудовлетворительна - (в идеале редуцированное давление не должно зависеть от величины потока и от разности между подводимым и редуцированным давлениями) .Кроме того, когда велнчина потока превышает номинальное значение, на которое рассчитано известное регулирующее устройство, осевая составляющая гидродинамической силы может возрасти настолько, что преодолеет усилие пружины, и плунжер полностью прекращает поступление жидкости из входной полости в выходную, т, е, регулирующее устройство практически перестает работать. Наличие неуравновешенной осевой реактивной гидродинамической силы ограничивает область применения и снижает надежность работы регулирующего устройства,Цель изобретения - повышение надежности и точности работы и расширение области применения регулятора.Эта цель достигается тем, что в предложенном регуляторе на части плунжера, расположенной в выходной полости, выпол/ = А 1 х,нен кольцевой выступ, а соответствующая поверхность выходной полости выполнена конической.Кроме того, нлунжер установлсн с зазором менсду торцом конической поверхности выходнон полости и торцом кольцевого выступа плунжера, а площадь зазора между конической поверхностью и кольцевым выступом плунжера определяется из соотно- шения 11 а фиг. 1 показан предлагаемый регулятор давления, плунжер в исходном положении; на фиг, 2 - то же, плунжер в рабочем положении; на фиг. 3 - продольный разрез регулятора давления во ввертном исполнении, плунжер в исходном положении; на фиг, 4 - то же, плунжер в рабочем положении, Регулятор давления (фиг. 1 и 3) содержит корпус (во ввертном исполнении - втулку) 1 с расположенными в нем входной полостью 2 и выходной полостью 3 (во ввертном исполнении выходная полость 3 образуется между торцом втулки 1 и расточкой панели, в которую ввернута втулка),Полости 2 и 3 разделены перемычкой 4. В расточках корпуса (втулки) 1 установлены седло 5 и плунжер 6 с расположенным в выходной полости рабочим пояском 7, рабочая кромка которого в сопряжении с кромкой перемычки 4 образует переменный зазор 8 на пути основного потока, В плунжере выполнено демпферное отверстие 9,Над плунжером 6 установлена пружина 10. В корпусе (втулке) 1 установлены также стакан 11, внутри которого размещены клапан 12, пружина 13 и регулировочный винт 14. На рабочем пояске плунжера имеется кольцевой выступ, конструктивно выполненный в виде шайбы 15, закрепленной на плунжере стопорным кольцом 16. Соответствующая кольцевому выступу поверхность 17 выходной полости выполнена конической и составляет в сопряжении с кольцевым выступом 15 при подъеме плунжера 6 (см, фиг. 2 и 4) зазор 18 на пути основного потока, расположенный по потоку ниже переменного зазора 8.Во ввертном исполнении коническая поверхность выходной полости выполнена во втулке 1.В исходном положении (фиг. 1 и 3), когда плунжер 6 отжат в крайнее нижнее положение пружиной 10, между торцом конического участка выходной полости и обращенным к нему торцом кольцевого выступа 15 имеется торцевой зазор 19, достаточный для свободного пропуска основного потока. Входная полость 2 сообщена с отверстием подвода 20, выходная полость 3 - с отверстием отвода 21, а надклапанная полость 22 клапана 12 - со сливным отвер 15 20 25 30 36 40 45 50 55 60 65 стием 23. В регуляторах давление ввертного исполнения на наружной поверхности дпгулкн 1 выполнены кольцевая канавка, образующая полость 24, сооснцснную радиальными отверстиями 25 с входной камерой 2 и связанная с отверстием подвода 20 в корпусе панели, а также кольцевая канавка, образующая полость слива 26 из клапана 12, сообщенная продольным отверстием 27 и радиальным отверстием 28 с надклапанной полостью 22 клапана 12 и со сливным отверстием 23 в корпусе панели, Выходная полость 3 сообщена с отверстием отвода 21 в корпусе панели.Работает регулятор давления следующим образом.Поток рабочей жидкости через отверстия подвода 20 поступает во входную полость 2. Далее через переменный зазор 8, конический участок 17 выходной полости и торцевой зазор 19 поток попадает в выходную полость 3, а оттуда через отверстие отвода 21 поступает к исполнительному органу гидропривода. Давление из полости 3 через демпфер 9 подведено в подклапанную полость клапана 12,Пока давление в полости 3 меньше давления настройки, создаваемого пружиной 13 клапана 12, поток свободно, с минимальным (предусмотренным технической характеристикой) сопротивлением проходит к исполнительному органу гндропривода, а так как плунжер 6 отжат пружиной 10 в крайнее нижнее положение, переменный зазор 8 и торцевой зазор 19 имеют максимальное значение.Когда давление в полости 3 становится больше величины, на которую настроен клапан 12, последний открывается. Часть потока рабочей жидкости через демпфер 9 и открытый клапан 12 поступает в полость 22, откуда через отверстие 23 сливается в бак. Из-за наличия потока на демпфере 9 возникает перепад давлений. Произведение этого перепада давлений на площадь поперечного сечения плунжера 6 дает силу Р, стремящуюся поднять плунжер 6 вверх (по чертежу) и сжать пружину 10, Когда сила Р становится больше силы предварительного сжатия пружины 10, плунжер 6 поднимается вверх (см. фиг. 2 и 4), В результате уменьшается проходное сечение переменного зазора 8 и кольцевой выступ 15 входит в конический участок 17 выходной полости, образуя дополнительно переменный зазор 18 на пути основного потока.При этом поток рабочей жидкости дросселируется как на переменном зазоре 8 (преимущественно), так и частично на зазоре 18 между конической поверхностью и кольцевым выступом, благодаря чему давление в полости 3 меньше давления в полости 2, т, е. происходит редуцирование давления. Поднимаясь, плунжер 6 не дает давлению в полости 3 подняться выше величи 769507А= - и У 2 усов 50 55 60 65 ны, на которую настроен клапан 12, независимо от давления в полости 2, При увеличении разницы между подводимым и редуцированным давлениями (из-за увеличения подводимого давления или уменьшения настройки редуцированного давления) плунжер 6 поднимается выше и в большей степени дросселирует поток рабочей жидкости. При уменьшении разницы между подводимым и редуцированным давлениями плунжер 6 опускается ниже и в меньшей степени дросселирует поток рабочей жидкости. Но во всех случаях перемещение плунжера 6 происходит до тех пор, пока суммарное сопротивление на переменном зазоре 8 и зазоре 18 не создает необходимую разницу между подводимым и редуцированным давлениями.Когда давление в полости 3 становится меньше величины, на которую настроен клапан 12, последний закрывается. Поток рабочей жидкости через демпфер 9 прекращается, и перепад давлений на демпфере исчезает, Давления с обоих торцов плунжера 6 выравниваются, и пружина 10 возвращает его в нижнее положение, открывая свободный проход потоку к исполнительному органу.Как указывалось, в режиме редуцирования поток рабочей жидкости дросселируется не только в переменном зазоре 8, но частично и в зазоре 18 между конической поверхностью и кольцевым выступом. В результате в зазоре 18 возникает перепад давлений, произведение которого на площадь кольцевого выступа 15 дает гидро- статическую силу Т, направленную в ту же сторону, и что и сила П пружины 10. Сила Т зависит от величины перепада давлений в зазоре 18, который, в свою очередь, зависит от величины потока. Следует отметить, что в переменном зазоре 8 тоже возникает перепад давлений, Но этот перепад не создает гидростатической осевой силы, односторонне действующей на плунжер. Диаметры части плунжера, расположенной в выходной полости, и направляющей части плунжера 6 одинаковы, поэтому гидростатические силы, возникающие от воздействия давления на участке между полостью 2 и переменным зазором 8 и действующие на плунжер, взаимно уравновешиваются.На плунжер 6 в регуляторе давления, как и в известных регуляторах, в осевом направлении действуют сила Р, возникающая от перепада давлений на демпфере 9, осевая составляющая О, реактивной гидродинамической силы, возникающей на переменном дросселе 8, и сила П пружины 10. Кроме того, на плунжер 6 в предлагаемом регуляторе (в отличие от известных) в осевом направлении действует сила Т, возникающая от перепада давлений на дополнительно введенном зазоре 18. Таким образом, условие равновесия плунжера в 5 10 15 20 25 30 35 40 45 предлагаемом клапане выражается зави- симостью Р + Й = П +. (1) Следовательно, если в известных регулирующих устройствах вредное влияние на работу регулятора силы Й (описанное выше) ничем нс компенсируется, то в предлагаемом регуляторе давления это вредное влияние компенсируется силой Т, Причем зависимость спл Й и Т от величины потока носит приблизительно одинаковый характер, Благодаря этому при правильно подобранных размерах и форме зазора 18 удается добиться того, чтобы силы 0 и Т практически полностью уравновешивались во всех режимах.Форма и размеры зазора 18 подбираются из условия, чтобы сила Т, возникающая от перепада давлений в зазоре, была всегда равна осевой составляющей В реактивной гидродинамической силы, возникающей в зазоре 8, Для этого используются известные зависимости для истечения жидкости через дроссельные щели (см., например, Т. М. Башта Расчеты и конструирование самолетных гидравлических устройств, Оборонгиз, 1961, стр. 44) и для определения реактивных гидродинамических сил в плунжерах (см, там же, стр, 224). Использу эти известные зависимости и условие равновесия сил Т и О, получаем/ = А/Х, (2) где- площадь зазора между конической поверхностью 17 выходной полости и кольцевым выступом 15;А - постоянный коэффициент;Х - ход плунжера в интервале: от начала входа кольцевого выступа в конический участок выходной полости до перекрытия переменного зазора 8, т, е. конца хода плунжера Л.При выводе выражения (2) получается следующая зависимость для коэффициента А где р - коэффициент расхода;- диаметр плунжера 6;- площадь кольцевого выступа 15;у - удельный вес рабочей жидкости;р - плотность рабочей жидкости;д - ускорение силы тяжести;а - угол наклона потока рабочейжидкости, проходящего через переменный зазор 8, к оси плунжера 6,Таким образом, вредное влияние осевойсоставляющей реактивной гидродинамической силы, возникающей на переменном зазоре 8, в регуляторе давления устраняетсяза счет того, что создается уравновешивающая ее сила на кольцевом выступе 15,769507 фиг 1 1 ПО П Закаэ 2 56 Изд.сное графия Сапуно определяемая перепадом давления на зазоре 18.Это повышает надежность, точность работы и расширяет область применения регулятора. 5 Формула изобретения 1, Регулятор давления, содержащий корпус, с установленным в нем регулирующим 10 органом в виде подпружиненного плунжера, надплунжерная полость которого соединена каналом с выходной полостью и через клапан - со сливом, отл и ч а ющи йся тем, что, с целью повышения надежности, 15 точности работы и расширения области применения регулятора, в нем на части плунжера, расположенной в выходной полости, выполнен кольцевой выступ, а соответствующая поверхность выходной полости выполнена конической.2, Регулятор давления по п. 1, о т л и ч аю щ и й с я тем, что плунжер установлен с зазором между торцом конической поверхности выходной полости и торцом кольцевого выступа плунжера.3, Регулятор давления по п. 1, о т л и ч ающи й ся тем, что площадь зазора между конической поверхностью и кольцевым выступом плунжера определяется из соотно- шения где А - постоянный коэффициент;Х - ход плунжера (в интервале отначала входа кольцевого выступа в коническую поверхность выходной полости до упора конца хода плунжера).Источники информации,использованные при экспертизе1. Каталог фирмы Рейншталь, информационный лист Т 120030-1.2. Башта Т, М, Машиностроительная гидравлика, с. 394 в 3, рис. 229 (прототип).