CC BY
45
2. Беляев Н.М., Белик Н.П., Уваров Е.И. Реактивные системы управления космических летательных аппаратов. М.: Машиностроение, 1979. 232 с.
V.A. Zuykov
THE FORMALIZED SYNTHESIS OF CONSTRUCTIVE SCHEMES, DEVICES AND GASDYNAMIC UNITS CONTROL SYSTEMS OF FLYING DEVICES.
The questions offormalization of search designing of devices and units of gas automatics on the basis of the generalized fragments of their structures are considered.
Key words: gas-dynamic control systems, devices and units of the gas automation, design schemes, formal structural synthesis.
Получено 17.10.12
УДК 681.5.013+621.646
В.С. Александров, д-р техн. наук, проф., (4872)35-38-35, info@sau.tsu.tula.ru (Россия, Тула, ТулГУ),
A.А. Васильев, асп., (4872)35-38-35, info@sau.tsu.tula.ru (Россия, Тула, ТулГУ),
B.А. Зуйков, асп., (4872)35-38-35, info@sau.tsu.tula.ru (Россия, Тула, ТулГУ),
М.А. Кожеуров, асп., (4872)35-38-35, info@sau.tsu.tula.ru (Россия, Тула, ТулГУ),
Е.В. Морозова, канд. техн. наук, доц., (4872)35-38-35, info@sau.tsu.tula.ru (Россия, Тула, ТулГУ)
ПОИСКОВОЕ КОНСТРУИРОВАНИЕ АГРЕГАТА «РЕГУЛЯТОР ДАВЛЕНИЯ С ПРЕДОХРАНИТЕЛЬНЫМ УСТРОЙСТВОМ»
Рассматриваются вопросы эвристического структурного синтеза малогабаритного агрегата, способного выполнять одновременно функции регулятора давления и предохранительного сбросового клапана.
Ключевые слова: структурный синтез, малогабаритный агрегат, регулятор давления, сбросовый клапан.
В системах управления летательными аппаратами, в промышленной пневмогидроавтоматике и газогидроснабжении все более широкое применение получают двухфункциональные агрегаты, которые при меньших габаритах и массе выполняют функции двух однофункциональных устройств: регулятора давления и предохранительного сбросового клапана (РД-СК). В данной работе на основе принципа универсальности рассматриваются с позиций патентоведения вопросы эвристического структурного синтеза одного из таких агрегатов, который обеспечивает отсечку газа и подачу его к потребителю с постоянным низким давлением.
Известна система газоснабжения газореактивных микродвигателей (рисунок, а), содержащая баллон со сжатым газом, заправочно-дренажный клапан (ЗДК), манометр (М), пускоотсечной электропневмоклапан (ПОК), фильтр (Ф), регулятор давления (РД), сбросовый предохранительный кла-
пан (СК), датчик давления (ДД) и газодинамические исполнительные устройства (ГИУ) [1].
Применение однофункциональных устройств, осуществляющих регулирование давления и сброс утечки газа в безрасходном режиме, увеличивает габариты и массу системы газоснабжения.
Известен регулятор давления (рисунок, б) со встроенным предохранительным устройством, содержащий элемент настройки на заданное низкое давление, газоподводящий канал, полость высокого давления с расположенными в ней впускным седлом и впускным затвором, снабженным вспомогательной пружиной, цилиндрическую камеру, подвижный элемент, снабженный штоком и разделяющий камеру на сообщенную с атмосферой вспомогательную полость с установленной в ней регулировочной пружиной и рабочую полость низкого давления с отводящим каналом, отделенную от полости высокого давления впускным седлом и впускным затвором [2]. Соединенные впускной и выпускной затворы регулятора расположены по одну сторону от чувствительного подвижного элемента, впускное седло сообщено каналом с полостью низкого давления, а выпускное седло - с атмосферой.
а
б
|_ Рн
в г
К структурному синтезу агрегата РД-СК
Недостатком данного регулятора давления с предохранительным устройством является большая силовая нагрузка на привод элемента настройки вследствие совместного воздействия сил давления на чувствительный подвижный элемент газового двигателя и затворы газораспределителя, что обуславливает большие габариты и массу привода.
Известен выбранный в качестве прототипа регулятор давления (рисунок, в) с предохранительным устройством, содержащий элемент настройки на заданное низкое давление с подвижным толкателем, газоподво-дящий канал, полость высокого давления с расположенными в ней впускным седлом и впускным затвором, снабженным вспомогательной пружиной, цилиндрическую камеру, подвижный элемент, снабженный штоком, взаимодействующим кинематически с впускным затвором, и разделяющий камеру на расположенную со стороны штока и сообщенную с атмосферой вспомогательную полость с установленной в ней регулировочной пружиной, а с противоположной стороны - рабочую полость низкого давления с отводящим каналом, отделенную от полости высокого давления впускным затвором и впускным седлом, выполненным в торце штока и сообщенным с полостью низкого давления каналом в подвижном элементе и штоке, а от атмосферы - выпускным затвором, соединенным с впускным затвором, и выпускным седлом, выполненным в торце подвижного толкателя и сообщенным с атмосферой каналом в этом толкателе [3]. Настройка регулятора осуществляется за счет перемещения подвижным толкателем соединенных затворов клапанного распределителя.
Недостатком данного регулятора давления с предохранительным устройством является трудоемкость изготовления и сборки, обусловленная расположением соединенных впускного и выпускного отсечных затворов по разные стороны от чувствительного подвижного элемента в полостях высокого и низкого давления.
Задача структурного синтеза - снижение трудоемкости изготовления и сборки регулятора давления с предохранительным устройством за счет использования более технологичного клапанного газораспределителя.
Решение данной задачи достигается тем, что в известном регуляторе давления с предохранительным устройством, содержащим элемент настройки на заданное низкое давление с подвижным толкателем, газоподво-дящий канал, полость высокого давления с расположенными в ней впускным седлом и впускным затвором, снабженным вспомогательной пружиной, цилиндрическую камеру, подвижный элемент, снабженный штоком, взаимодействующим кинематически с впускным затвором, и разделяющий камеру на расположенную со стороны штока и сообщенную с атмосферой вспомогательную полость с установленной в ней регулировочной пружиной, а с противоположной стороны - рабочую полость низкого давления с отводящим каналом, отделенную от полости высокого давления впускным затвором и впускным седлом, выполненным в торце штока и сообщенным с полостью низкого давления каналом в подвижном элементе и штоке, а от атмосферы - выпускным затвором, соединенным с впускным затвором, и выпускным седлом, выполненным в торце подвижного толкателя и сообщенным с атмосферой каналом в этом толкателе, впускной и выпускной затворы выполнены как одно целое и расположены по одну сторону от подвижного элемента в полости высокого давления.
Синтезируемый регулятор давления с предохранительным (рисунок, г) устройством содержит элемент настройки на заданное низкое давление 1 с подвижным толкателем 2, газоподводящий канал 3, полость высокого давления 4 с расположенными в ней впускным седлом 5 и впускным затвором 6, снабженным вспомогательной пружиной 7, цилиндрическую камеру 8, подвижный элемент 9, снабженный штоком 10, взаимодействующим кинематически с впускным затвором 6, и разделяющий камеру 8 на расположенную со стороны штока 10 и сообщенную с атмосферой вспомогательную полость 11 с установленной в ней регулировочной пружиной 12, а с противоположной стороны рабочую полость низкого давления 13 с отводящим каналом 14, отделенную от полости высокого давления 4 впускным затвором 6 и впускным седлом 5, выполненным в торце штока 10 и сообщенным с полостью низкого давления 13 каналом 15 в подвижном элементе 9 и штоке 10, а от атмосферы - выпускным затвором 16, соединенным с впускным затвором 6, и выпускным седлом 17, выполненным в торце подвижного толкателя 2 и сообщенным с атмосферой каналом 18 в этом толкателе. Впускной и выпускной затворы 6 и 16 выполнены как одно целое и расположены по одну сторону от подвижного элемента 9 в полости высокого давления 4.
Устройство работает следующим образом. В исходном закрытом состоянии перед настройкой на заданное низкое давление подвижный элемент 9, впускной и выпускной затворы 6 и 16 находятся в крайних нижних положениях под действием регулировочной пружины 12, вспомогательной пружины 7 и сил газодинамического воздействия, обеспечивая отсечку полости низкого давления 13 от полости высокого давления 4. Выпускное седло 17 с помощью элемента настройки 1 прижато к затворам 6 и 16, обеспечивая отсечку полости низкого давления 13 от окружающей среды. В этом состоянии регулировочная пружина благодаря воздействию высокого давления РВ на торцевую стенку штока 10 может быть полностью разгружена.
При настройке устройства на заданное низкое давление РН элемент настройки 1 перемещает вверх толкатель 2 с выпускным седлом 17, а также выпускной и впускной затворы 16 и 6, сжимающие вспомогательную пружину 7. При этом низкое давление РН в полости 13 возрастает и подвижный элемент 9 со штоком 10 и седлом 5, сжимая регулировочную пружину 12, перемещается вслед за затворами 6 и 16 на определенное расстояние, соответствующее равенству сил пружин и силы газодинамического воздействия. В данном случае устройство, как и описанный выше прототип, работает в режиме регулятора давления, обеспечивая подачу газа в потребитель с постоянным низким давлением при отсутствии выпуска газа в окружающую среду через седло 17.
При закрытии всех потребителей и работе в безрасходном режиме устройство способно выполнять и функцию предохранительного клапана, обеспечивающего сброс через седло 17 возможной утечки газа, появляющейся при неплотном прилегании седла 5 к затвору 6 в этом режиме. В са-
мом деле, указанная утечка вызовет повышение давления РН в полости низкого давления 13 больше настроечного значения, смещение вверх подвижного элемента 9, затворов 6, 16 и сброс избыточного давления из полости 13 в окружающую среду через открывшееся седло 17. В данном случае при повышении низкого давления смещение указанных подвижных деталей и сброс газа происходят только после преодоления дополнительной силы высокого давления на подсоединяемые затворы, что приводит к появлению «ступеньки» по низкому давлению, повышающей экономичность систем газоснабжения, работающих как на сжатом газе, так и на твердом топливе, в которых такое устройство может устанавливаться после ресивера, питаемого последовательно срабатывающими генераторами газа, для повышения точности регулирования давления или уменьшения числа генераторов при одинаковой точности.
Таким образом, заявленное устройство с настройкой за счет перемещения подвижной механической детали газораспределителя является двухфункциональным агрегатом, исключающим газодинамическое воздействие на привод элемента настройки со стороны чувствительного элемента и выполняющим в расходном режиме работы функцию регулятора давления, а в безрасходном режиме - функцию предохранительного клапана. В этом агрегате в отличие от прототипа используется более технологичный клапанный газораспределитель, в котором составляющие одно целое впускной и выпускной затворы 6 и 16, как и в других высокотехнологичных устройствах газовой автоматики, могут быть выполнены в виде простого шарика, обладающего к тому же способностью самоустанавливаться потоком газа на впускном и выпускном седлах, что снижает требования к точности изготовления деталей распределителя и повышает надежность функционирования агрегата в целом.
Список литературы
1. Беляев Н.М., Белик Н.П., Уваров Е.И. Реактивные системы управления космических летательных аппаратов. М.: Машиностроение,
1979. 231 с.
2. Эдельман А.И. Редукторы давления газа. М.: Машиностроение,
1980. 167 с.
3. Регулятор давления с предохранительным устройством: пат. Рос. Федерация № 2367995, опубл. 20.09.2009. Бюл. № 26.
V.S. Aleksandrov, A.A. Vasilyev, V.A. Zuykov, M.A. Kozheurov, E.V. Morozova
THE EXPLORARY ENGINEERING OF THE UNIT "PRESSURE CONTROLLER WITH SAFETY DEVICE "
Problems of the heuristic structural synthesis of the compact unit that can perform both functions of a pressure controller and a safety fault-valve are discussed.
Key words: structural synthesis, compact unit, pressure controller, fault-valve.
Получено 17.10.12
