Пневматический регулятор избыточного давления газа с заданием по электросигналу

Регулятор давления газа, командный прибор которого подключен ко входному патрубку посредством электропневмопреобразователя и выполнен двухкамерным, имеющим шток, контактирующий с мембранами в камерах верхней большей площади и с нижней меньшей площади, а выход командного прибора сообщен с надпоршневой полостью пневмопривода непосредственно, а со входом преобразователя через дроссель.

Одним из требований, предъявляемых к системам кондиционирования пассажирских самолетов, является обеспечение жизнедеятельности экипажа и пассажиров. Для этого необходимо иметь в гермокабинах стабильные условия по температурному режиму, который поддерживается системой кондиционирования путем смешивания с постоянным давлением горячего воздуха, отбираемого от двигателей самолета, с воздухом, охлажденным в системе кондиционирования, например, как это выполняется в системе термостатирования по патенту на полезную модель 103094, МПК B64D 13/08. Основным агрегатом в системе кондиционирования является турбохолодильная установка, требующая наличия перепада давления до и после нее. Количество потребного холодного воздуха определяется погодными условиями. При этом из условия экономичности ставится задача использования минимального количества воздуха с высокими параметрами по давлению и температуре. С этой целью применяются регуляторы давления воздуха с переменным заданием по поддержанию давления после себя.

Известен пневматический поршневой регулятор давления после себя согласно полезной модели 103407, МПК G05D 16/00. Недостатком указанного регулятора является невозможность изменения давления воздуха на его выходе. Известен поршневой пневматический регулятор давления газа согласно полезной модели 44843, МПК G05D 7/01, используемый в системе регулирования расхода. В нем изменение выходного давления происходит при изменении задания на поддержание выходного давления электропневмопреобразователя. Недостатком данного регулятора является то, что он не обеспечивает изменение переменного задания с линейной характеристикой на регулирование выходного давления. Для повышения точности введен интегрирующий элемент. Регулятор становится астатическим, следовательно имеет усложненную структуру, что обусловлено требованиями при разработке регуляторов расхода. Подмечено, что примененный в полезной модели 44843 электропневмопреобразователь имеет участок с сугубо нелинейной характеристикой только при малых и больших давлениях, а ее средняя часть имеет малые отклонения от линейности. Данное допущение позволяет получить работоспособную конструкцию исполнительного механизма регулирования давления с квазилинейной характеристикой.

Целью настоящего предложения является разработка схемы применительно к статическим регуляторам давления, свободным от указанных недостатков.

Поставленная цель достигается тем, что регулятор давления газа, содержащий командный прибор, вход которого подключен к выходному патрубку, а его выход к входному патрубку и ко входу электропневмопреобразователя, который сообщен с надпоршневой полостью пневмопривода. При этом командный прибор выполнен двухкамерным, разделенным посредством жесткой перегородки, имеющей по центру отверстие, оснащенное при помощи скользящей посадки штоком, имеющим возможность контактировать с кинематически связанными подпружиненными мембранами, расположенными в камерах, как в верхней большей площади, так и в нижней меньшей площади. При этом каждая камера разделена упомянутыми мембранам на верхнюю негерметичную и нижнюю герметичную рабочие полости, а выход командного прибора сообщен с надпоршневой полостью пневмопривода непосредственно, а с входом электропневмопреобразователя посредством дросселя. Для пояснения сути предложения к описанию прилагаются чертежи схемного решения предлагаемого регулятора (рис.1), его пневматического блока управления (рис.2) и зависимости величины давления от величины тока управления (рис.3). Конструктивно регулятор содержит командный прибор 1 и поршневой пневмопривод 2, управляющий работой заслонки 3, расположенной в трубопроводе 4, имеющим входной 4.1 и выходной 4.2 патрубки. К входному патрубку 4.1 подключен электропневмопереключатель 5, содержащий на своем выходе редукционный клапан б, выход которого подключен непосредственно к входу электропневмопреобразователя 7, а к надпоршневой полости пневмопривода 2 и выходу командного прибора 1 посредством дросселя 8. Командный прибор 1 содержит две камеры - нижнюю 9 и верхнюю 10, разделенные между собой жесткой перегородкой 11. В последней расположен шток 12, который имеет возможность контактировать с кинематически связанными подпружиненными мембранами, расположенными в камерах верхней большей площади 10 и нижней меньшей площади 9. Каждая камера разделена на две рабочие полости на верхнюю 13 и нижнюю 14 для верхней камеры и 15, 16 соответственно для нижней. При этом верхние рабочие полости выполнены негерметичными, а нижние герметичными. Выход командного прибора 1 сообщен с надпоршневой полостью пневмопривода 2, а с выходом электропневмопреобразователя 7 через дроссель 8.

Для пояснения работы электропневмопреобразователя 7 описание дополнено рабочим графиком зависимости его выходного сигнала управления в виде выходного давления воздуха от величины тока на его входе рис.3. Наклонная прямая линия 17 это желаемая характеристика, а нелинейная s-образная 18 его действительная. Зона 19-20 это выбранная рабочая зона, которая определяет зону работы регулятора. Создается впечатление, что участок характеристики электропневмопреобразователя, выбранный для работы регулятора, мал. Однако это делается для уменьшения влияния нелинейности характеристики электропневмопреобразователя. Поэтому в конструкцию регулятора вводится разница площадей мембран, а сами мембраны имеют свои разные настроечные элементы пружины, а полость между мембранами разделена неподвижной жесткой перегородкой, образующей с верхней мембраной (большей площади) полость, связанную с электропневмопреобразователем 7, а с нижней мембраной - полость, связанную с атмосферой. Тем самым обе мембраны, имея разную площадь мембран, воздействуют друг на друга и при помощи подвижного штока 12 и в статическом состоянии увеличивают давление в линии обратной связи на величину в зависимости от величины площадей этих мембран. Тем самым создается эффект расширения квазилинейной зоны регулирования выходного давления регулятора по току и, следовательно, уменьшение влияния нелинейности характеристики электропневмопреобразователя 5, т.е. непосредственное влияние рабочего тока электропневмопреобразователя будет восприниматься пружиной верхней камеры 10, которая в данной конструкции является задающей и большей площади. Это позволяет уменьшить диапазон тока управления, так как увеличение воздействия мембраны на шток создается при меньшей величине тока. Следовательно, создается эффект расширения зоны работы для пружины нижней рабочей камеры 9.

Работа регулятора происходит следующим образом. В складском состоянии при отсутствии сигнала обратной связи, в рабочую подмембранную полость 16 нижней камеры 9 и сигнала от электропневмопреобразователя 7 в рабочую полость 14 верхней камеры 10, шток 12 находится в складском состоянии, т.е. клапан закрыт. Поэтому давление в надмембранной полости пневмопривода отсутствует, следовательно, заслонка 3 находится в закрытом положении. При поступлении рабочего воздуха на входе 4.1 трубопровода 4 и принудительном открытии электропневмопереключателя 5 (подано напряжение на катушку) давление из патрубка 4.1 поступает на редукционный клапан б, который срабатывает, и тем самым подает воздух на вход электропневмопреобразователя 7 и в надпоршневую полость пневмопривода 2. Заслонка 3 открывается, что создает давление в выходном патрубке 4.2 и нижней камере 9 командного прибора 1. Регулятор вступает в работу, т.к. на электропневмопреобразователь ток управления не поступает, то на его выходе пневмосигнал отсутствует. Поэтому пружина верхней камеры 10 командного прибора 1 находится в исходном состоянии. Командный прибор вступает в работу, когда давление от редукционного клапана 6 поступит на клапан командного прибора 1 через дроссель 8. Увеличение давления в патрубке 4.2 приводит к появлению сигнала обратной связи, следовательно, регулятор вступает в работу, поддерживая давление в патрубке равным воздействию пружины нижней камеры 9. При подаче тока на электропневмопреобразователь 7, он сообщает свой выход с подмембранной полостью 14 верхней камеры 13, сжимая при этом пружину 17, которая сжимаясь, уменьшает воздействие штока 12 на пружину нижней камеры. Тем самым увеличивается рабочее давление на выходе регулятора. Таким образом, исключается влияние изменения давления от электропневмопреобразователя на нижнюю мембрану, а влияние от изменения давления на верхнюю мембрану, что положительно сказывается на точности и динамической устойчивости регулятора. Из-за того, что мембраны контактируют между собой только с помощью подвижного штока, проходящего через жесткую перегородку 11 с зазором, изменение выходного давления воспринимается настроечной пружиной верхней мембраны, определяющей начальное (минимальное) давление настройки. При увеличении пневмосигнала от электропневмопреобразователя усилие действия верхней пружины уменьшается в зависимости от воздействия величины текущего давления на эффективную площадь верхней мембраны. Далее происходит подобным образом до того, когда усилие от воздействия электросигнала не станет равно усилию верхней пружины, а выходное давление будет определяться величиной настройки нижней пружины. Следовательно, появляется возможность регулирования давления с переменным заданием, в том числе и с применением задания внешним сигналом (по электросигналу).

Регулятор давления газа, содержащий командный прибор, вход которого подключен к выходу электропневмопреобразователя, который в свою очередь подключен ко входному патрубку посредством последовательно расположенных электропневмопереключателя и редукционного клапана давления, а по линии обратной связи командный прибор подключен к выходному патрубку, при этом его выход сообщен непосредственно с надпоршневой полостью пневмопривода, отличающийся тем, что командный прибор выполнен двухкамерным, разделенным посредством жесткой перегородки, имеющей по центру отверстие, оснащенное при помощи скользящей посадки штоком, который имеет возможность контактировать с кинематически связанными подпружиненными мембранами, расположенными в камерах, как с верхней большей площади, так и с нижней мембраной меньшей площади, при этом каждая камера разделена упомянутыми мембранами на верхнюю негерметичную и нижнюю герметичную рабочие полости, а выход командного прибора сообщен с надпоршневой полостью пневмопривода непосредственно, а со входом электропневмопреобразователя и выходом редукционного клапана давления - посредством дросселя.