Поршневой узел и использующий его регулятор давления - RU2661997C2

Чертежи

Описание

ОБЛАСТЬ ТЕХНИКИ

Изобретение относится к поршневому узлу и использующему его регулятору давления.

УРОВЕНЬ ТЕХНИКИ

В регуляторе давления поршневой узел используется для контроля и регулирования давления на выпуске таким образом, что один конец поршневого узла соединен со штоком клапана и управляется им. Клапанный канал 300 размещается между впускным отверстием 100 и выпускным отверстием 200, один конец штока клапана 110 соединен с поршневым узлом 120, а шток клапана 110 управляет движением вверх и вниз поршневого узла 120 для контроля открытия и закрытия клапанного канала 300 так, чтобы регулировать давление на выпускном отверстии 200.

Обычно инженер размещает перфорированную разделительную перегородку 130 вверху поршневого узла, а среда, поступающая из впускного отверстия 100, может течь в поршневой узел через разделительную перегородку 130. Таким образом, давление на верхней стороне разделительной перегородки 130 равно давлению на нижней стороне разделительной перегородки, но такая конструкция основана исключительно на гипотезе статической среды. Протекая, среда поступает в нижнюю часть области В разделительной перегородки 130 через верхнюю часть области А разделительной перегородки 130, и скорость потока среды в верхней части области А разделительной перегородки 130 очевидно больше, чем скорость среды в нижней части области В разделительной перегородки 130. Следовательно, состояние потока жидкости в области А является очень нестабильным, что приводит к тому, что разделительная перегородка 130 подвергается воздействию переменных сил и стабильность подачи среды в направлении движения потока в выпускном отверстии 200 также находится под этим воздействием. Кроме того, в то время как нижняя область кавитации разделительной перегородки находится в закрытом состоянии, скорость потока среды внутри очень низкая. Так как скорость обратно пропорциональна давлению (то есть давление мало, если скорость велика, и давление больше, если скорость мала), то давление под разделительной перегородкой 130 больше, чем давление на разделительной перегородке 130. При этом напряжения в верхней и нижней частях поршневого узла находятся в состоянии дисбаланса, и стабильность подачи среды в направлении движения потока также находится под этим воздействием.

СУЩНОСТЬ ИЗОБРЕТЕНИЯ

В настоящем изобретении предложен поршневой узел, который может улучшить напряженные состояния на разделительной перегородке и под разделительной перегородкой поршневого узла и повысить стабильность всей системы, когда жидкая среда протекает через поршневой узел.

Конкретные технологические примеры осуществления изобретения обеспечивают осуществление поршневого узла, содержащего корпус поршня и разделительную перегородку, поверхность которой имеет отверстия, отличающегося тем, что разделительная перегородка установлена в корпусе поршня и делит корпус поршня на первую верхнюю область и вторую нижнюю область.

Расстояние между разделительной перегородкой и верхней концевой частью корпуса поршня больше или равно 3 мм.

Расстояние между разделительной перегородкой и верхней концевой частью корпуса поршня составляет 4-35 мм.

Расстояние между разделительной перегородкой и верхней концевой частью корпуса поршня составляет 5, 10, 15, 20, 25 или 30 мм.

Корпус поршня также имеет запирающую деталь, а расстояние между разделительной перегородкой и верхней концевой частью корпуса поршня соотносится с расстоянием между разделительной перегородкой и запирающей деталью.

Запирающая деталь является рабочей кромкой, резиновой частью или металлической торцевой поверхностью.

Установочная втулка расположена снаружи корпуса поршня, а уплотнительные кольца размещаются между установочной втулкой и корпусом поршня. Уплотнительные кольца являются O-образными, Y-образными или звездообразными.

Направляющий пояс также расположен между установочной втулкой и корпусом поршня, а корпус поршня и разделительная перегородка имеют целостную или сборную конструкцию.

Корпус поршня и разделительная перегородка устанавливаются с использованием резьбы.

В соответствии с поршневым узлом, обеспечиваемым конкретными технологическими вариантами реализации изобретения, разделительная перегородка установлена в корпусе поршня и делит корпус поршня на первую область и вторую область в верхнем и нижнем местоположении соответственно. Поэтому жидкая среда, протекающая через поршневой узел, может поступать в первую область поршня и поступать во вторую область через перфорированную разделительную перегородку, и жидкая среда образует буфер в первой области так, что жидкая среда балансируется между первой и второй областями. Аналогично поршневой узел, обеспечиваемый вариантами реализации изобретения, также подходит для газовых сред.

Также изобретатель обнаружил, что, если расстояние между разделительной перегородкой и верхней концевой частью корпуса поршня больше или равно 3 мм, характеристики системы всего поршневого узла демонстрируют тенденцию к стабильности. В частности, если расстояние между разделительной перегородкой и верхней концевой частью корпуса поршня составляет 4, 5, 10, 15, 20, 25 или 30 мм, характеристики системы наилучшие. Поршневой узел также имеет запирающую деталь для облегчения реализации лучшего уплотняющего эффекта между поршневым узлом и клапанным каналом.

Расстояние между разделительной перегородкой и верхней концевой частью корпуса поршня соотносится с расстоянием между разделительной перегородкой и запирающей деталью.

Если запирающая деталь является рабочей кромкой, расстояние между разделительной перегородкой и верхней концевой частью корпуса поршня соотносятся с расстоянием между разделительной перегородкой и рабочей кромкой. Если запирающая деталь является резиновой частью, расстояние между разделительной перегородкой и верхней концевой частью корпуса поршня соотносится с расстоянием между разделительной перегородкой и резиновой частью. Если запирающая деталь является металлической торцевой поверхностью, расстояние между разделительной перегородкой и верхней концевой частью корпуса поршня соотносится с расстоянием между разделительной перегородкой и металлической торцевой поверхностью.

Также установочная втулка расположена снаружи корпуса поршня, поэтому корпус поршня может быть плотно охвачен, и он не создает радиального смещения во время движения вверх и вниз.

Также уплотнительные кольца размещаются между установочной втулкой и корпусом поршня. Когда поршневой узел соприкасается с клапанным каналом, регулятор давления, использующий поршневой узел, находится в закрытом состоянии, и в то время, пока уплотнительные кольца между установочной втулкой и поршневым узлом обеспечивают уплотнительный эффект, препятствует среде из впускного отверстия поступать в сторону выпуска.

Также направляющий пояс расположен между установочной втулкой и корпусом поршня. Поршневой узел также охвачен установочной втулкой, и направляющий пояс также обеспечивает эффект направления и смазки поршневого узла.

Корпус поршня и разделительная перегородка могут быть выполнены в виде разъемного соединения для удобства разъединения, а корпус поршня и разделительная перегородка могут устанавливаться с использованием резьбы. Корпус поршня и разделительная перегородка могут иметь целостную конструкцию.

В другом аспекте конкретные технологические варианты реализации изобретения также предлагают регулятор давления, содержащий любой вышеуказанный поршневой узел, а также впускное отверстие, выпускное отверстие, отверстие клапана и шток клапана расположенный между впуском и выпуском. При этом один конец штока клапана соединен с поршневым узлом, и шток клапана управляет движением вверх и вниз поршневого узла с целью обеспечения контроля открытия и закрытия клапанного канала и контроля давления среды, которая поступает из впускного отверстия, вытекая из выпускного отверстия.

Уплотнительная резинка, рабочая кромка или металлическая торцевая поверхность размещены на одной поверхности клапанного канала напротив поршневого узла.

Один конец штока клапана выполнен в резьбовом соединении с разделительной перегородкой.

Кроме преимуществ поршневого узла, предложенный в изобретении регулятор давления также обладает преимуществом стабильности. С целью достижения лучшего уплотнительного эффекта, если запирающая деталь является рабочей кромкой или металлической торцевой поверхностью, одна поверхность клапанного канала напротив поршневого узла снабжена уплотнительной резинкой. Если запирающая деталь поршневого узла является уплотнительной резинкой, одна поверхность клапанного канала напротив поршневого узла снабжена рабочей кромкой или металлической торцевой поверхностью. Если запирающая деталь поршневого узла является металлической торцевой поверхностью, клапанный канал снабжен металлической торцевой поверхностью или уплотнительной резинкой, отвечающей металлической торцевой поверхности. В общем, благодаря подходящей конструкции рабочей кромки или металлической торцевой поверхности и уплотнительной резинки, рабочая кромка или металлическая торцевая поверхность могут врезаться в уплотнительную резинку, тем самым достигая еще лучшего уплотнительного эффекта.

КРАТКОЕ ОПИСАНИЕ ГРАФИЧЕСКИХ МАТЕРИАЛОВ

На фиг. 1 проиллюстрирована структурная схематическая диаграмма поршневого узла, используемого в регуляторе давления прототипа.

На фиг. 2 проиллюстрирована структурная схематическая диаграмма варианта реализации поршневого узла, предложенного в изобретении.

На фиг. 3 проиллюстрирована структурная схематическая диаграмма варианта реализации регулятора давления, предложенного в изобретении.

На фиг. 4 проиллюстрирована схематическая диаграмма соотношения высоты и диаметра разделительной перегородки поршневого устройства, предложенного в изобретении.

На фиг. 5 проиллюстрирована одна схематическая диаграмма определения давления системы по варианту реализации поршневого узла в варианте реализации регулятора давления, предложенного в изобретении.

На фиг. 6 проиллюстрирована другая схематическая диаграмма определения давления системы по варианту реализации поршневого узла в варианте реализации регулятора давления, предложенного в изобретении.

ПОДРОБНОЕ ОПИСАНИЕ ВАРИАНТОВ РЕАЛИЗАЦИИ ИЗОБРЕТЕНИЯ

Далее будет подробно описана техническая схема изобретения в сочетании с графическими материалами и конкретными вариантами реализации изобретения.

Вариант реализации изобретения I

В изобретении предложен вариант реализации поршневого узла, проиллюстрированный на фиг. 2. Поршневой узел содержит корпус поршня 220 и разделительную перегородку 230, поверхность которой имеет отверстия. Разделительная перегородка 230 установлена в корпусе поршня 220 и делит корпус поршня на первую верхнюю область С и вторую нижнюю область В. Таким образом, когда текучая среда поступает в корпус поршня, она буферизируется первой областью С и поступает во вторую область В. В этот момент, благодаря определенному пространству первой области С, разница в скорости потока текучей среды в первой области С и во второй области В снижается, разница давления между первой областью С и второй областью В снижается, входное и выходное давление жидкой среды, протекающей через поршневой узел, стабилизируется и стабильность жидкой среды повышается.

Изобретатель также обнаружил, что если расстояние между разделительной перегородкой и верхней концевой частью корпуса поршня больше или равно 3 мм, а именно высота первой области С больше или равна 3 мм, то соотношение давления на впуске и выпуске жидкой среды, протекающей через поршневой узел, проявляет тенденцию к стабильности. Если мы выбираем расстояние между разделительной перегородкой и верхней концевой частью корпуса поршня в диапазоне от 4 мм до 35 мм, соотношение между входным и выходным давлением жидкой среды, протекающей через поршневой узел, более стабильно. Если расстояние между разделительной перегородкой и верхней концевой частью корпуса поршня составляет 5, 10, 15, 20 или 25 мм, вся система является самой стабильной. Запирающая деталь устанавливается в верхней части корпуса поршня, и это соответствует использованию клапанного канала снаружи поршневого узла. Запирающая деталь может быть рабочей кромкой 280 или металлической торцевой поверхностью, такой, при которой клапанный канал снабжен уплотнительной резинкой, соответствующей рабочей кромке или металлической торцевой поверхности. Рабочая кромка 280 или металлическая торцевая поверхность могут непосредственно врезаться в уплотнительную резинку для дальнейшего повышения уплотнительного эффекта. Запирающая деталь может быть также резиновой частью, а клапанный канал снабжен рабочей кромкой или металлической торцевой поверхностью, соответствующей резиновой части. Если запирающая деталь поршневого узла является металлической торцевой поверхностью, клапанный канал также снабжается соответствующей металлической торцевой поверхностью, которая подходит для использования металлической торцевой поверхности в качестве запирающей детали. Расстояние между разделительной перегородкой и верхней концевой частью корпуса поршня соотносятся с расстоянием между разделительной перегородкой и запирающей деталью.

Также для дополнительного крепления поршневого узла и повышения его стабильности установочная втулка 270 может быть установлена снаружи корпуса поршня 220. Установочная втулка 270 может плотно охватывать поршневой узел, так, что поршневой узел не создает радиального смещения при движении вверх и вниз. Корпус поршня и разделительная перегородка могут быть выполнены в виде разъемного соединения для удобства разъединения, и могут также иметь целостную конструкцию, чтобы обеспечивать стабильность системы.

Уплотнительные кольца 240 и 250 соответственно размещаются между установочными втулками 270 и корпусом поршня 220; когда поршневой узел соприкасается с внешним клапанным каналом, уплотнительные кольца 240 и 250 могут предотвращать поступление давления впуска в сторону выпускного отверстия, при этом уплотнительные кольца являются O-образными, Y-образными или звездообразными.

Также направляющий пояс 260 расположен между установочной втулкой и корпусом поршня. Поршневой узел также охвачен установочной втулкой, при этом достигаются эффекты направления и смазки.

Вариант реализации изобретения II

В настоящем изобретении предложен вариант реализации регулятора давления, включающий вариант реализации поршневого узла, представленный Вариантом реализации изобретения I, который в данном тексте не повторяется. На фиг. 3 проиллюстрирован один вариант реализации регулятора давления, который также включает впускное отверстие 400, выпускное отверстие 500, клапанный канал 600 и шток клапана 310, причем клапанный канал 600 размещен между впускным отверстием 400 и выпускным отверстием 500, а третья область А создается между клапанным каналом 600 и выпускным отверстием 500. Один конец штока клапана 310 соединяется с поршневым узлом, шток клапана 310 управляет движением вверх и вниз поршневого узла для контроля открытия и закрытия отверстия клапанного канала 600, и контроля давления среды, которая поступает из впускного отверстия 400, вытекая из выпускного отверстия 500. Один конец штока клапана 310 выполнен в резьбовом соединении с разделительной перегородкой 330, поэтому регулятор давления удобен для разъединения.

Когда поршневой узел удален от клапанного канала 600, жидкая среда протекает через третью область А из впускного отверстия 400, вытекает из выпускного отверстия 500 и одновременно поступает в первую область С и во вторую область В поршневого узла. В результате буферного действия первой области С и второй области В величины давления в верхней и нижней части поршневого узла проявляют тенденцию к устойчивости, и дисбаланс давления в верхней и нижней частях поршневого узла снижается. Давление жидкой среды, вытекающей из выпускного отверстия 500, проявляет тенденцию к стабильности.

Когда высота первой области С или расстояние между разделительной перегородкой и верхней концевой частью корпуса поршня подходит к определенному значению, давление во всем регуляторе давления проявляет тенденцию к стабильности. Нагнетающее давление среды ниже по потоку выпускного отверстия 500 проявляет стабильность.

Вариант реализации регулятора давления, предложенный в изобретении, также включает уплотнительную резинку 390, установленную на клапанном канале 600; поршневой узел снабжен рабочей кромкой 380; когда поршневой узел близко подходит к клапанному каналу, рабочая кромка 380 врезается в уплотнительную резинку 390 для повышения воздухонепроницаемости поршня и клапанного канала. В качестве замены специфических конструкций клапанного канала и запирающей детали, когда запирающей деталью является уплотнительная резинка, клапанный канал снабжается рабочей кромкой или металлической торцевой поверхностью.

С целью дальнейшего описания технических эффектов изобретения данные по определению давления системы для варианта реализации регулятора давления перечислены ниже.

На фиг. 4 проиллюстрирована схематическая диаграмма соотношения высоты и диаметра разделительной перегородки по варианту реализации поршневого устройства, предложенного в изобретении, в котором F является диаметром поршневого устройства и Е является расстоянием между разделительной перегородкой и верхней концевой частью корпуса поршня. Если поршневой узел также имеет запирающую деталь 401, Е является расстоянием между разделительной перегородкой и запирающей деталью 401.

На фиг. 5 проиллюстрирована одна схематическая диаграмма определения давления системы в варианте реализации поршневого узла в составе варианта реализации регулятора давления, предложенного в изобретении. Выбирают диаметр поршневого устройства равным 50 мм, давление во впускном отверстии 400 составляет 30 бар, давление в выпускном отверстии 500 контролируется на уровне 2,5 бар. Посредством анализа данных фиг. 5 можно видеть, что если расстояние между разделительной перегородкой и верхней концевой частью корпуса поршня больше, чем 3 мм, и меньше, чем 38 мм, то давление всей системы проявляет тенденцию к стабильному состоянию. Когда расстояние составляет от 4 мм до 31 мм, верхнее и нижнее отклонения кривой давления системы являются минимальными. Когда расстояние составляет 10±2 мм, 15 мм и 27±2 мм, кривая давления системы устойчива.

На фиг. 6 проиллюстрирована другая схематическая диаграмма определения давления системы в варианте реализации поршневого узла в составе варианта реализации регулятора давления, предложенного в изобретении. Выбирают диаметр поршневого устройства равным 50 мм, давление во впускном отверстии 400 составляет 3 бар, давление в выпускном отверстии 500 контролируется на уровне 2,5 бар. Посредством анализа данных фиг. 6 можно видеть, что если расстояние между разделительной перегородкой и верхней концевой частью корпуса поршня больше, чем 3 мм, и меньше, чем 38 мм, то давление всей системы проявляет тенденцию к стабильному состоянию. Если расстояние составляет 4, 5, 10, 15, 20, 25, 30 и 35 мм, то кривая давления системы устойчива.

Когда поршневой узел близко подходит к клапанному каналу 600, текучая среда может поступать в первую область С и во вторую область В поршневого узла из впускного отверстия 400, и значения давления во впускном отверстии 400 снижаются. При этом поршневой узел и втулка могут быть разгружены, и нагрузка системы всего регулятора давления снижается в такой же степени.

Регулятор давления согласно изобретению также имеет преимущества варианта реализации поршневого узла согласно варианту реализации изобретения I. Он отличается тем, что не имеет значения, близко или далеко находится поршневой узел от клапанного канала, так как уплотнительные кольца 340 и 350 могут обеспечивать герметичность среды в первой области С и во второй области В, а среда не может течь в направлении выпускного отверстия 500. Уплотнительные кольца являются O-образными, Y-образными или звездообразными.

Регулятор давления согласно изобретению может регулировать как жидкие среды, так и газообразные.

Необходимо отметить, что в этой статье термины "содержащий", "включающий" или какие-либо другие варианты означают, что они распространяются на неисключительное содержание. Поэтому процесс, способ, объект или оборудование, включая группу элементов, не только содержит вышеуказанные элементы, но и включает другие элементы, которые не были определенно перечислены в данном документе, или включает те элементы, которые связаны с таким процессом, способом, объектом или оборудованием. При условии отсутствия других ограничений, элемент, определенный фразой "содержащий один..." не исключает, что имеются другие такие же самые элементы, существующие в процессе, способе, объекте или оборудовании, включая вышеуказанные элементы.

Описанные выше варианты реализации изобретения являются всего лишь предпочтительными вариантами реализации изобретения и не предназначены для определения объема правовой охраны изобретения. Любая модификация, равноценная замена, усовершенствование и им подобные, сделанные в соответствии с сущностью и принципом изобретения, включаются в объем правовой охраны изобретения.

Реферат

Заявленное изобретение является поршневым узлом, содержащим корпус поршня (220) и разделительную перегородку (230), поверхность которой имеет отверстия. Разделительная перегородка (230) установлена в корпусе поршня (220) и делит корпус поршня (220) на первую верхнюю область С и вторую нижнюю область В. Причем расстояние между разделительной перегородкой (230) и верхней концевой частью корпуса поршня (220) больше или равно 3 мм. Поршневой узел способствует улучшению баланса давления в первой и во второй областях, тем самым повышая стабильность системы в целом. Также заявлен регулятор давления, который содержит поршневой узел. 2 н. и 7 з.п. ф-лы, 6 ил.

Формула