Регуляторы давления. Схемы.
Регуляторы давления (РД) применяются в пневмосистемах для понижения давления до заданного уровня и его стабилизации с заданной точностью. РД применяются в схемах ИСГ для понижения давления от уровня давления в баллоне до давления на входе в привод. Принцип действия РД основан на поддержании постоянного давления в междроссельной камере, которая образована регулируемым дросселем 1, находящимся в составе РД, и постоянным дросселем 3, которым является потребитель (привод).
Выходное давление рвых регулятора замеряется чувствительным элементом 2 и определяет величину проходного сечения регулируемого дросселя 1. Давление рвых определяется как давление в междроссельной камере между дросселем 1 и дросселем 2, р вых = (А1/А3) р вх. Зависимость выходного давления РД от входного приведена на рисунках схем регуляторов (Линейная зависимость - безрасходная, нелинейная - расходная).
Ранее, в разделе 5.4.4, рассматривалось опорожнение постоянного объема через регулятор давления. Это обычеая техническая задача автономных систем, в которых энергия запасается а баллоне в виде газа высокого давления, а к потребителю необходимо доставить газ пониженного давления. При этом давление на входе потребителя дольжно быть постоянным, по крайней мере некоторое время. Данная задача выполняется при помощи использования регуляторов давления.
|
|
Различают РД прямого действия, обратного действия и разгруженные от входного давления. Схемы регуляторов давления соответственно приведены на рисунках. На схемах РД обозначено: 1 - клапан, 2 - поршень, 3 - пружина, 4 - седло клапана. Исходное положение подвижных систем регуляторов - полностью открытое под дейчтвием поджатия пружины. После подачи на вход высокого давления подвижная система переходит в требуемое положение. При наличии расхода сжатого газа через РД его характеристики изменяются как показано на рисунках.
Ниже прведен пример конструктивного исполнения регулятора давления. С правой стороны виден (1) запломбированный узел настройки регулятора на номинальный режим. Входной (2)и выходной (3) штуцеры закрыты технологическими заглушками.
Регуляторы давления иногда выполняются в общем конструктиве с другими элементами пневмоситсемы (в т.н. воздушно-арматурном блоке), как показано на рисунке ниже. Подвод и отвод сжатого воздуха производится по внутренним каналам. Настройка регулятора давления проводится путем поджатия пружины законтренным винтом. Узел регулятора давления в собранном виде вворачивается в корпус воздушно-арматурного блока.
|
|
Воздушно-арматурный блок присоединяется к баллону со сжатым газом.
Основной характеристикой регулятора давления (РД) является зависимость выходного давления p вых от входного давления р вх. Для вывода уравнения регулятора давления необходимо рассмотреть равновесие сил, приложенных к подвижной системе РД. При выводе уравнение примем следующие обозначения: А с - площадь седла клапана, на которую действеет сила от давления газа в направлении движения подвижной системы, А п - площадь поршня, определяемая площадью чувствительного элемента, на которую действует выходное давление. П - упругая сила пружины, П о- предварительное поджатие пружины, с - жесткость пружины, m - масса подвижных частей РД, k вт - коэффициент вязкого трения в подвижной системе РД, F т - сила трения, x - перемещение подвижной системы РД.
Рассмотрим равновесие сил приложенных к подвижной системе РД. Силы обусловлены действием давлений p вых, р вх, р а на соответствующие площади, трением в подвижной системе, упругой силой пружины.
- для РД прямого действия
- для РД обратного действия
- для РД разгруженного от входного давления
в последнем уравнении площадь поршня выбирается равной площади седла клапана, за счет чего и обеспечивается разгрузка от входного давления
Рассмотрим зависимость установившегося значения выходного давления p вых от входного, для чего примем . Кроме того учтем, что усилие пружины состоит из предварительного поджатия и текущего значения упругой силы
Последняя запись означает, что за начальное принято положение клапана на седле. После несложных преобразований получим:
- для РД прямого действия
- для РД обратного действия
- для РД разгруженного от входного давления