Регулятор давления, его клапанно-диафрагменный узел и способ сборки такого узла

 

Регулятор давления содержит корпус, в котором расположены седло (9) клапана с осевым отверстием (12) и клапанно-диафрагменный узел. Клапанно-диафрагменный узел включает диафрагму (22), внешний край которой зажат между частями (1, 13) корпуса, центральный элемент (25), установленный в центральной кольцеобразной части диафрагмы (22), контактирующий с регулировочной пружиной (27) и имеющий центральную выемку (28) с размещенным в ней шаровым клапаном (29), а также зажимную пластину (32), расположенную напротив центрального элемента (25) для зажима центральной части диафрагмы (22), и средства фиксации зажимной пластины (32). Зажимная пластина (32) снабжена средством ограничения ее перемещения при зажиме в направлении центрального элемента (25) для ограничения сжатия диафрагмы (22) и предотвращения тем самым утечки рабочей среды и возможности повреждения диафрагмы и возникновения в ней недопустимых напряжений. Конструкция клапанно-диафрагменного узла позволяет осуществлять сборку с помощью единого приспособления. 3 с.п. ф-лы, 8 з. п. ф-лы, 4 ил.

Настоящее изобретение относится к устройствам регулирования давления жидкости или газа, в частности жидкого топлива или воздуха.

Известно множество конструкций регуляторов давления, использующих шаровые клапаны, управляемые эластичными диафрагмами и взаимодействующие с возвратными регулировочными пружинами.

Известен, например, регулятор давления, содержащий корпус, состоящий из основной части с входным и выходным отверстиями, между которыми расположено седло клапана с осевым отверстием, и закрепленной на основной части дополнительной части, в которой размещена регулировочная пружина, и клапанно-диафрагменный узел, расположенный между указанными частями корпуса и включающий диафрагму, внешний край которой зажат между смежными участками указанных частей корпуса, центральный элемент, контактирующий с регулировочной пружиной, установленный на центральной кольцеобразной части диафрагмы и имеющий центральную выемку с размещенным в ней шаровым клапаном, зажимную пластину, расположенную напротив указанного центрального элемента с возможностью перемещения в положение зажима центральной кольцеобразной части диафрагмы, и средства фиксации зажимной пластины в положении зажима (см. авт.свид. СССР N 39467, кл. G 05 D 16/06, 1934).

При использовании известной конструкции регулятора существует опасность возникновения чрезмерных усилий сжатия в диафрагме в результате воздействия на нее усилий со стороны зажимной пластины. Это может привести к возникновению утечки рабочей среды, а также к повреждению диафрагмы или возникновению в ней недопустимых деформаций или перенапряжений, что снижает надежность регулятора.

Клапанно-диафрагменный узел известного регулятора содержит диафрагму с центральным отверстием, в котором установлен центральный элемент, имеющий центральный выступ, внутри которого выполнена центральная выемка, в которой установлен шаровой клапан, и имеющий кольцевой наружный фланец, контактирующий с кольцевым участком диафрагмы со стороны внутреннего ее края, и кольцевую зажимную пластину, установленную с другой стороны кольцевого участка диафрагмы (см. авт.свид. СССР N 39467).

Такая конструкция клапанно-диафрагменного узла не приспособлена для удобной сборки ее с помощью единого приспособления.

Настоящее изобретение направлено на повышение надежности регулятора путем предотвращения возникновения утечки рабочей среды, возможности повреждения диафрагмы или возникновения в ней недопустимых деформаций или перенапряжений в результате возникновения в ней чрезмерных усилий сжатия при ее зажиме, а также на создание клапанно-диафрагменного узла регулятора давления, который можно было бы удобно собирать с помощью единого приспособления.

Поставленная задача решается тем, что в регуляторе давления, содержащем корпус, состоящий из основной части с входным и выходным отверстиями, между которыми расположено седло клапана с осевым отверстием, и закрепленной на основной части дополнительной части, в которой размещена регулировочная пружина и клапанно-диафрагменный узел, расположенный между указанными частями корпуса и включающий диафрагму, внешний край которой зажат между смежными участками указанных частей корпуса, центральный элемент, контактирующий с регулировочной пружиной, установленный на центральной кольцеобразной части диафрагмы и имеющий центральную выемку с размещенным в ней шаровым клапаном, зажимную пластину, расположенную напротив указанного центрального элемента с возможностью перемещения в положение зажима центральной кольцеобразной части диафрагмы, и средства фиксации зажимной пластины в положении зажима, шаровой клапан установлен с возможностью контакта с седлом клапана, а зажимная пластина снабжена средством ограничения ее перемещения при зажиме в направлении центрального элемента для ограничения сжатия диафрагмы.

Благодаря ограничению перемещения зажимной пластины предотвращается возникновение чрезмерных усилий сжатия, воздействующих на диафрагму. Это позволяет предотвратить возникновение утечки рабочей среды, возможность повреждения диафрагмы или возникновение в ней недопустимых деформаций или перенапряжений.

Для улучшения контакта между шаровым клапаном и седлом осевое отверстие седла может быть окружено плоской поверхностью, шаровой клапан иметь плоскую поверхность для контактирования с плоской поверхностью седла, а в центральной выемке центрального элемента может быть установлена имеющая пальцеобразные выступы плоская пружина, упирающаяся в сферическую поверхность шарового клапана со стороны диаметрально противоположной указанной плоской поверхности шарового клапана.

Диафрагма может быть выполнена в виде формованной детали и иметь первый кольцевой буртик, проходящий по внешнему краю диафрагмы и установленный и удерживаемый в кольцевой канавке, выполненной в одной из частей корпуса.

Центральный элемент может иметь кольцевой с плоскими сторонами фланец, который расположен с внешней стороны выемки и контактирует с регулировочной пружиной, напротив фланца может быть установлена зажимная пластина и фланец снабжен кольцевой канавкой, а диафрагма иметь второй кольцевой буртик, выполненный с возможностью его вхождения в указанную кольцевую канавку для ограничения перемещения диафрагмы в радиальном направлении, и выпуклость, расположенную за указанным фланцем с внутренней стороны первого кольцевого буртика.

Такое выполнение регулятора способствует уменьшению растяжения диафрагмы, которое может привести к ее разрыву или давать гистерезис ее рабочей характеристики.

Средства ограничения перемещения зажимной пластины могут быть выполнены в виде уступа на обращенном вниз выступе, которым снабжен центральный элемент и который окружает его выемку, при этом зажимная пластина выполняется в виде кольца.

Средства фиксации зажимной пластины могут быть выполнены в виде пояска на указанном выступе, расположенного над поверхностью зажимной пластины и прижимающего ее к указанному уступу.

Поставленная задача решается также тем, что в клапанно-диафрагменном узле регулятора давления, содержащем диафрагму с центральным отверстием, в котором установлен центральный элемент, имеющий центральный выступ, внутри которого выполнена центральная выемка, в которой установлен шаровой клапан, и имеющий кольцевой наружный фланец, контактирующий с кольцевым участком диафрагмы со стороны внутреннего ее края, и кольцевую зажимную пластину, установленную с другой стороны кольцевого участка диафрагмы, диафрагма выполнена в виде формованной детали, имеющей кольцевые буртики, один из которых проходит по внешнему краю диафрагмы, а другой по внутреннему ее краю, ограничивающему центральное отверстие и расположен в выполненной в центральном элементе кольцевой канавке, на центральном элементе выполнен соосно кольцевому наружному фланцу обращенный вниз выступ, частично ограничивающий центральную выемку, по краям выступа выполнены отделенные друг от друга радиальным промежутком пояски, один из которых отогнут наружу над внутренней поверхностью зажимной пластины для воздействия на нее в направлении диафрагмы, а другой отогнут внутрь и охватывает часть шарового клапана для удержания его в указанной выемке, а шаровой клапан выполнен с плоской наружной поверхностью для контактирования с седлом клапана.

Такая конструкция клапанно-диафрагменного узла позволяет осуществлять его сборку с помощью единого приспособления.

На выступе центрального элемента может быть выполнен уступ для ограничения перемещения зажимной пластины при зажиме в направлении диафрагмы.

В выемке центрального элемента может быть установлена плоская пружина с пальцеобразными выступами, контактирующая с дном выемки со сферической поверхностью шарового клапана.

В соответствии с изобретением предложен также способ сборки клапанно-диафрагменного узла регулятора давления, включающего диафрагму, центральный элемент с центральной выемкой и выступом с поясками, шаровой клапан и зажимную пластину. В соответствии с предложенным способом центральный элемент устанавливают верхним торцом вниз на сборочном приспособлении устанавливают шаровой клапан в выемку, устанавливают диафрагму на центральном элементе, устанавливают зажимную пластину на диафрагму вокруг выступа, затем вдвигают пуансон в кольцевую проточку между поясками для развальцовки внутреннего пояска вокруг поверхности шарового клапана, а наружного пояска - за края центрального отверстия в зажимной пластине для прикрепления ее к диафрагме и фланцу центрального элемента.

Такой способ обеспечивает возможность удобной сборки клапанно-диафрагменного узла с помощью единого приспособления.

В качестве пуансона можно использовать пуансон с установленным в нем центральным направляющим элементом для установки шарового клапана в выемку в требуемом положении во время развальцовки.

Сущность изобретения поясняется чертежами. На фиг. 1 изображен клапан регулятора давления в разрезе; на фиг. 2 центральный клапанно-диафрагменный узел; на фиг. 3 элементы центрального узла в аксонометрии; на фиг. 4 - приспособление для сборки центрального узла, в разрезе.

Как показано на фиг. 1, основная часть 1 корпуса регулятора имеет входное отверстие 2, соединенное с каналом 3, которой проходит до центральной камеры 4, окружающей центральное отверстие 5. Отверстие 5 сообщается с выходным отверстием 6 через выходной клапан 7. На плоской верхней поверхности основной части 2 имеется кольцевая канавка 8, расположенная снаружи относительно боковых стенок камеры 4.

В центральном отверстии 5 установлено вставное седло 9 клапана, содержащее опирающийся на нижнюю поверхность камеры 4 фланец 10. Центральная бобышка 11 имеет плоский торец, являющийся рабочей поверхностью седла 9 клапана. Центральный канал 12 соединяет канал 7 с камерой 4. Вторая часть 13 корпуса содержит выступающий наружу фланец 14, притянутый к верхней поверхности основной части 1 корпуса винтами 15. От фланца 14 отходит купол 16, который оканчивается приливом 17, в котором установлен винт 18, предназначенный для регулировки пружины клапанно-диафрагменного узла. Крышка 19 закрывает доступ к винту 18. В стенке купола 16 имеется отверстие малого диаметра 20. Это отверстие соединено с источником давления Р для подачи воздуха через клапан 21. Клапан 21 может соединять отверстие 20 с атмосферой или источником давления Р, например с насосом. В случае использования описываемого устройства в качестве регулятора полного давления отверстие 20 соединяется с насосом, являющимся источником высокого давления в системе. Регулятор компенсирует изменение давления воздуха и сохраняет постоянный перепад давления относительно гнезда топливной форсунки (не показано).

Клапанно-диафрагменный узел регулятора изображен на фиг. 1 и 2. На периферии диафрагмы 22 выполнен кольцевой уплотняющий буртик 23. Диафрагма 22 имеет центральное отверстие, вокруг которого расположен второй уплотняющий буртик 24. По центру диафрагмы 22 установлен фасонный круглый центральный элемент 25 с наружным фланцем 26, в который упирается цилиндрическая регулировочная пружина 27, и выступающей центральной частью, в которой имеется выемка 28 с установленным в ней шаровым клапаном 29, имеющим плоскую поверхность 30. Неглубокая проточка центрального элемента 25 предназначена для размещения в ней пальцеобразных выступов пружины 31, лучше всего показанной на фиг. 3. Пружина 31 легко монтируется и является самоустанавливающейся.

Зажимная пластина 32, выполненная в форме кольца, установлена под диафрагмой 22 на обращенном вниз выступе 33, окружающем отверстие 28. Кольцевая кромка выступа 33 разделена на два противолежащих пояска. Первый поясок 34 охватывает шаровый клапан 29 вокруг его нижней части, над поверхностью 20, удерживая его в отверстии 28. Второй поясок 35 отогнут наружу с перекрытием внутренней кромки зажимной пластины 32 для прижатия ее к той части диафрагмы 22, которая примыкает к ее внутренней окружной поверхности. Однако уступ 36 ограничивает осевое перемещение пластины 32 и тем самым ограничивает сжатие указанной части диафрагмы 22. Эта особенность конструкции устраняет проблемы, которые могут возникнуть при чрезмерном сжатии диафрагмы, в результате чего возникают утечки или перенапряжения и повреждения материала диафрагмы.

Диафрагма имеет одну выпуклость 37, ограниченную с внутренней стороны кромкой пластины 32, а с наружной поверхностями 38 и 39 сопряженных деталей 1 и 14. Цилиндрическая пружина 27 установлена между тарелкой 40, надетой на хвостовик 41 винта 18 и фланцем 26 элемента 25. Предварительное сжатие пружины регулируется винтом 18.

Формованная диафрагма с ограниченной выпуклостью обеспечивает улучшенные параметры регулировки благодаря тому, что полезная площадь сечения становится лучше согласованной с ходом клапана. Это наиболее важно для получения регуляторов воздуха с приемлемой крутизной характеристики. Потребность в регуляторах топлива и воздуха низкой стоимости, таких, как топливный дозатор с воздушным подпором, обуславливает потребность совершенствования их конструкции и делает возможным их более широкое применение. Ограниченная выпуклость формованной диафрагмы, кроме того, способствует уменьшению растяжения диафрагмы, которое может являться причиной разрывов, а также давать гистерезис рабочей характеристики.

Использование имеющего плоскую поверхность шарового клапана 29 дает значительную экономию и преимущества в работе. Он может быть получен путем обработки шлифованием шарика от серийного шарикоподшипника. Плоскость шарика обеспечивает увеличенную поверхность контакта между ней и рабочей поверхностью втулки клапана, что исключает линейный контакт и соответствующий износ. Кроме того, центр тяжести шарика совпадает с осью вращения, что сводит к минимуму тенденцию к изменению положения параллельно выставленных плоских поверхностей шарикового клапана и втулки от сил тяжести или от вибрации. Это позволяет выполнять горизонтальную установку настоящего устройства, что не оказывает влияния на его работоспособность.

На фиг. 4 изображено сборочное приспособление, предназначенное для сборки элементов клапанно-диафрагменного узла 22, 25, 29, 31 и 32. Как показано на фиг. 3, нижняя оконечность обращенного вниз выступа 33 элемента 25 имеет выемку, образующую два пояска внутренний 34 и наружный 35. Основание 42 предложенного приспособления (пресса) имеет углубление 43 с наклонными поверхностями, в которое входит имеющий фасонную поверхность элемент 25, обеспечивая таким образом неподвижную основу для сборки деталей узла, а именно: диафрагмы 22, зажимной пластины 32 и шарового клапана 29.

Верхняя монтажная опора 4 пресса содержит пуансон 45 с приводом его перемещения вниз, который может быть механическим или гидравлическим. Пуансон 45 содержит клиновидный кольцеобразный рабочий выступ 46, который при работе приспособления входит в зазор между поясками 34 и 35 и развальцовывает внутренний поясок 34 внутрь вокруг шарового клапана 29, а наружный поясок 35 наружу, над внутренней окружной поверхностью пластины 32. Поясок 35 фиксирует пластину 32, которая зажимает диафрагму 22 и ограничивает сжатие ее внутреннего кольца, упираясь в уступ 36 (фиг. 2).

Пуансон 47 содержит подпружиненный вкладыш 47 с плоским торцом 48, взаимодействующим с плоской поверхностью шарового клапана 29 для ее позиционирования. Перемещение пуансона ограничивается ограничителем 49, расположенным между поясками 34 и 35 и предназначенным для контроля над развальцовкой.

Формула изобретения

1. Регулятор давления, содержащий корпус, состоящий из основной части с входным и выходным отверстиями, между которыми расположено седло клапана с осевым отверстием, и закрепленной на основной части дополнительной части, в которой размещена регулировочная пружина, и клапанно-диафрагменный узел, расположенный между указанными частями корпуса и включающий диафрагму, внешний край которой зажат между смежными участками указанных частей корпуса, центральный элемент, контактирующий с регулировочной пружиной, установленный на центральной кольцеобразной части диафрагмы и имеющий центральную выемку с размещенным в ней шаровым клапаном, зажимную пластину, расположенную напротив центрального элемента с возможностью перемещения в положение зажима центральной кольцеобразной части диафрагмы, и средства фиксации зажимной пластины в положении зажима, отличающийся тем, что шаровой клапан установлен с возможностью контакта с седлом клапана, а зажимная пластина снабжена средством ограничения ее перемещения при зажиме в направлении центрального элемента для ограничения сжатия диафрагмы.

2. Регулятор по п.1, отличающийся тем, что осевое отверстие седла окружено плоской поверхностью, шаровой клапан имеет плоскую поверхность для контактирования с плоской поверхностью седла, в центральной выемке центрального элемента установлена имеющая пальцеобразные выступы плоская пружина, упирающаяся в сферическую поверхность шарового клапана со стороны, диаметрально противоположной указанной плоской поверхности шарового клапана.

3. Регулятор по пп.1 и 2, отличающийся тем, что диафрагма выполнена в виде формованной детали и имеет первый кольцевой буртик, проходящий по внешнему краю диафрагмы, установленный и удерживаемый в кольцевой канавке, выполненной в одной из указанных частей корпуса.

4. Регулятор по п. 3, отличающийся тем, что центральный элемент имеет кольцевой с плоскими сторонами фланец, который расположен с внешней стороны выемки и контактирует с регулировочной пружиной, напротив фланца установлена зажимная пластина и фланец снабжен кольцевой канавкой, а диафрагма имеет второй кольцевой буртик, выполненный с возможностью его вхождения в указанную кольцевую канавку для ограничения перемещения диафрагмы в радиальном направлении, а также диафрагма имеет выпуклость, расположенную за указанным фланцем с внутренней стороны первого кольцевого буртика.

5. Регулятор по пп.1 4, отличающийся тем, что центральный элемент имеет обращенный вниз выступ, окружающий указанную выемку, зажимная пластина выполнена в виде кольца, окружающего выступ, а средства ограничения перемещения зажимной пластины выполнены в виде уступа на указанном выступе.

6. Регулятор по п.5, отличающийся тем, что средства фиксации зажимной пластины выполнены в виде пояска на указанном выступе, расположенного над поверхностью зажимной пластины и прижимающего ее к указанному уступу.

7. Клапанно-диафрагменный узел регулятора давления, содержащий диафрагму с центральным отверстием, в котором установлен центральный элемент, имеющий центральный выступ, внутри которого выполнена центральная выемка, в которой установлен шаровой клапан, и имеющий кольцевой наружный фланец, контактирующий с кольцевым участком диафрагмы со стороны внутреннего ее края, и кольцевую зажимную пластину, установленную с другой стороны кольцевого участка диафрагмы, отличающийся тем, что диафрагма выполнена в виде формованной детали, имеющей кольцевые буртики, один из которых проходит по внешнему краю диафрагмы, а другой по внутреннему ее краю, ограничивающему центральное отверстие, и расположен в выполненной в центральном элементе кольцевой канавке, на центральном элементе выполнен соосно с кольцевым наружным фланцем обращенный вниз выступ, частично ограничивающий центральную выемку, по краям выступа выполнены отделенные друг от друга радиальным промежутком пояски, один из которых отогнут наружу над внутренней поверхностью зажимной пластины для воздействия на нее в направлении диафрагмы, а другой отогнут внутрь и охватывает часть шарового клапана для удержания его в указанной выемке, а шаровой клапан выполнен с плоской наружной поверхностью для контактирования с седлом клапана.

8. Узел по п.7, отличающийся тем, что на выступе выполнен уступ для ограничения перемещения зажимной пластины при зажиме в направлении диафрагмы.

9. Узел по п.7, отличающийся тем, что в выемке установлена плоская пружина с пальцеобразными выступами, контактирующая с дном выемки и со сферической поверхностью шарового клапана.

10. Способ сборки клапанно-диафрагменного узла регулятора давления, включающего диафрагму, центральный элемент с центральной выемкой и выступом с поясками, шаровой клапан и зажимную пластину, отличающийся тем, что центральный элемент устанавливают верхним торцом вниз на сборочном приспособлении, устанавливают шаровой клапан в выемку, устанавливают диафрагму на центральном элементе, устанавливают зажимную пластину на диафрагму вокруг выступа, затем вдвигают пуансон в кольцевую проточку между поясками для развальцовки внутреннего пояска вокруг поверхности шарового клапана, а наружного пояска за края центрального отверстия в зажимной пластине для прикрепления ее к диафрагме и фланцу центрального элемента.

11. Способ по п.10, отличающийся тем, что в качестве пуансона используют пуансон с установленным в нем центральным направляющим элементом для установки шарового клапана в выемку в требуемом положении во время развальцовки.

РИСУНКИ

Рисунок 1, Рисунок 2, Рисунок 3, Рисунок 4